Friedrich Czapek Biochemie der Pflanzen Dritte Auflage Zweiter Band Jena, Verlag von Gustav Fischer jy^-.$i-^ a > ®l|F E B. IUI ffitbraru Nnrtli (Earolina ^talF This book was presented by Robert L. Weintraub QK711 C93 1922 V.2 S00336098 T ^OßE^T L. i4/E/Nr/^AUß THIS BOOK IS DUE ON THE DATE INDICATED BELOW AND IS SUB- JECT TO AN OVERDUE FINE AS POSTED AT THE CIRCULATION DESK. BIOCHEMIE DER PFLANZEN VON Dr. PHIL ET MED. FRIEDRICH CZAPEK WEIL O. Ö. PROFESSOR AN DER UNIVERSITÄT LEIPZIG DRITTE, UNVERÄNDERTE AUFLAGE ZWEITER BAND JENA VERLAG VON GUSTAV FISCHER ' 1925 ALLE RECHTE VORBEHALTEN Vorwort. Nach einer langen Zwischenzeit kann nunmehr der zweite Band dieses Werkes dem »im Sommer 1913 erschienenen ersten Bande der zweiten Auflage, folgen. Das Manuskript lag im Jahre 1914 fast druckfertig vor, als die Kriegsereignisse meiner wissenschaftlichen Tätigkeit ein jähes Ende be- reiteten. Die Verlagsbuchhandlung kam trotz der schwierigen äußeren Lage im Winter 1918/19 meinen Wünschen, den Druck des Werkes baldigst in Angriff zu nehmen, in nicht hoch genug einzuschätzender Opfer- und Arbeitswilligkeit entgegen, so daß ich nunmehr den zweiten Band der Öffentlichkeit übergeben kann. Auch während der fünf Kriegsjahre, ist in allen Ländern eine an- sehnliche wissenschaftliche Tätigkeit entfaltet worden, deren Ergebnisse berücksichtigt werden mußten. Es blieb mir daher kein anderer Weg, als das Manuskript nochmals einer Umarbeitung zu unterziehen, die fast einer Neugestaltung gleichkam. Es konnte dies in der zur Verfügung stehenden Zeit nicht so durchgeführt werden, wie ich es gewünscht hätte. Auf welche Schwierigkeiten die Literaturbeschaffung stieß, brauche ich nicht erst auszuführen. Viele Nachuntersuchungen mußten wegen der äußeren Hinderungen unterbleiben. Auch war mein Gesundheitszustand nicht der beste. Eine ernste Folge der langen Verzögerung des Erscheinens der Fortsetzung des Werkes war die enorme Vergrößerung des zu ver- arbeitenden Materials. Es ist zu wünschen, daß die Liberalität, mit welcher der Herr Verleger das umfangreiche Werk trotz der Zeit- schwierigkeiten ausgestattet hat, durch die allgemeine Anerkennung seiner Verdienste den entsprechenden Lohn finden möge. Der vorliegende zweite Band umfaßt den Schluß des assimilatorischen Stoffwechsels: Eiweiß- und Mineralstoffwechsel. Der dritte Band, dessen Druck in vollem Gange ist, wird die Darstellung des dissimilatorischen Stoffwechsels bringen, welcher die Atmungsvorgänge sowie die Erzeugung der stickstoffhaltigen und stickstofffreien Ausscheidungsprodukte umfaßt. Die Sachregister sowie Nachträge zum ersten Bande folgen mit dem Schlußband, so daß die Literatur bis in das Jahr 1920 berücksichtigt sein wird, soweit sie dem Verfasser zugänglich war. Die Unvollkommenheiten meiner langjährigen und mühevollen Arbeit darf ich damit entschuldigen, daß es für den Einzelnen fast aus- geschlossen ist, das hier gesteckte Ziel in befriedigender Weise zu erreichen. Gegenüber modernen Handbüchern, an deren Abfassung sich eine Anzahl von Spezialforschern beteiligt, wird allerdings die größere Einheitlichkeit der Darstellung einen gewissen Vorteil bieten. Möge das Werk weiter (üazu dienen, der Pflanzenbiochemie in ihrer Entwicklung behilflich zu sein. Kein anderer Zweig der Botanik ist mehr als sie geeignet, den Zusammenhang mit den Hauptproblemen der IV Vorwort. Gesamtnaturwissenschaft zu pflegen. Die Ernährung der Pflanze ist ja einer der gewaltigsten Angelpunkte, dessen Bedeutung in theoretischer und praktischer Hinsicht kaum je überschätzt werden kann. Meinen herzlichen Dank für geleistete Hilfe möchte ich hier Fräulein Erna Liebaldt, welche mich vor dem Kriege bei der Redi- gierung des Manuskriptes unterstützte, ausdrücken, sowie Herrn Privat- dozenten Dr. Karl Boresch, welcher sich unermüdlich an den Korrektur- arbeiten beteiligt hat. Meinem hochverehrten Verleger, Herrn Dr. Gustav Fischer in Jena, gebührt meine höchste öffentliche Anerkennung und mein aufrichtiger Dank für die Tatkraft und die Opferfreudigkeit, mit welcher er das Er- scheinen dieses Bandes unter den allerschwierigsten Zeitverhältnissen ge- sichert hat, und ich will hoffen, daß das Unternehmen in kurzer Zeit glücklich zu Ende geführt sein wird. Prag, im Juli 1920 F. Czapek. Inhaltsverzeichnis. spezielle Biochemie. (Fortsetzung des assimilatorischen Stoffwechsels.) IIL Teil: Die Proteide im pflanzlichen Stoffwechsel. Abschnitt 1 : Allgemeine Biochemie der pflanzlichen Eiweißstoffe. Zweiunddreißigstes Kapitel. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften pflanz- licher Proteinstoffe. Seite § 1. Einleitung. Vorkommen pflanzlicher Eiweißstoffe 1 Umgrenzung des Begriffes „Eiweißkörper" p. 1. Historisches p. 8. An- gaben über Vorkommen; Eiweißkrystalle p. 4. Verbindungen mit nicht- eiweißartigen Stoffen p. 5. § 2. Die physikalischen Eigenschaften der Eiweißstoffe 6 Krystallisation p. 6. Kolloidchemie der Eiweißstoffe p. 7. Eiweiß-Sole, Diffusion p. 8. EJektroneutrales Eiweiß p. 9. lonenadsorption p. 10. Aussalzen p. 10. Ionisiertes Eiweiß p. 12. Säureeiweiß p. 13. Alkali- eiweiß p. 14. Schwermetallfällung p. 14. Eiweißadsorption durch Kolloide p. 15. Schutzkolloide p. 16. Fällung durch Alkohole; Hitzekoagulation p. 17. Mechanische Koagulation; Gelbildung p. 19. Quellung von Gallerten p. 20. Zustandsänderungen durch Bestrahlung p. 21. Die optischen Eigen- schaften von Eiweißlösungen p. 21. Verbrennungswärme von Eiweiß p. 22. § 3. Zusammensetzung und chemischer Charakter der Eiweißstoffe 23 Elementaranalysen; Aschegehalt p. 23. Molekulargewicht; Salzartige Ver- bindungen; Ampholytcharakter von Eiweißlösungen p. 24. Formoltitrierung p. 25. § 4. Abbau des Eiweißmolekels ; Eiweißhydrolyse und die Endprodukte derselben 25 Eiweißbausteine; Säurehydrolyse p. 26. Stickstoff fraktionen. Estermethode nach Emil Fischer p. 27. Verteilung des Eiweiß-N p. 28. van Slykes Verfahren p. 29. Stoffe, die bei der Säurehydrolyse von Eiweiß Ammoniak- stickstoff liefern p. 30. Monaminostickstoff p. 31. a-Aminosäuren p. 31. Abscheidung derselben p. 32. Reaktionen p. 33. Glykokoll p. 33. Alanin p. 34. Phenylalanin p. 34. Tyrosin p. 35. Dessen Derivate p. 36. Serin p. 37. Aminobuttersäure p. 37. Valin p. 37. Leucin p. 38. Leucininiid, Isoleucin, Isovalin, Norleucin, Prolin p. 39. Oxyprolin p. 40. Tryptophan p. 41. IJessen Reaktionen p. 42. Asparaginsäure p. 43. Glutaminsäure p. 44. /?-Oxyglutaminsäure p. 45. Diarainostickstoff, Lysin p. 46. Arginin p. 49. Histidin p. 50. Schwefelhaltige Hydratationsprodukto der Eiweiß- stoffe p. 52. Cystin p. 53. Cystein p. 54. Kohlenhydratgruppen p. 55. Anderweitige Eiweißderivate. Oxyprotsulfosäure p. 56. Oxydationsprodukte p. 57. Einwirkung von Halogenen. Jodeiweiß p. 58. Benzoyl-, Acetyl- derivate p. 59. Elektrolyse, Destillation unter vermindertem Druck p. 60. § 5. Die eiweißartigen Spaltungsprodukte der Proteinsubstanzen : Proteosen und Peptone. Polypeptide oder komplexe Aminosäuren. Ansichten über die Konstitution der Eiweißkörper , 60 Verdauung, Peptone, Alburaosen. Acidalbumin p. 61. Proteosen oder Albumosen p. 62. Trennung der einzelnen Albumoscn p. 63. Alkali- albumosen p. 65. Peptone p. 66. Kyrine p. 67. Peptoide p. 68. Peptide p. 69. Synthese derselben p. 70. Nachweis p. 71. YJ Inhaltsverzeichnis. Seite § 6. Allgemeine Gesichtspunkte hinsichtlich der Eiweiß spaltenden Enzyme 73 Pepsin, Trypsin p. 73. Erepsin, Papayin p. 74. Labenzyme p. 75. Plastein- phänomen p. 77. Pflanzenchymosine p. 78. Mucinase, Nuclease p 79. Nachweis proteolytischer Wirkungen p. 80. Reindarstellung der Eiweiß- enzyme p. 81. Intensität der Wirkung p. 82. Kinetik der proteolytischen Enzymreaktionen p. 83. ScHÜTZsche Regel p. 84. Temperatureinflüsse p. 85. Wasserstoffionenkonzentration p. 86. Alkaliwirkung p. 87. Neutral- salzwirkung p. 88. Wirkung der Narkotica p. 89. Zerstörung durch Fer- mente. Profermente p. 90. Synthetische Effekte. Antiproteasen. Spezifität p. 91. § 7. Hinweis auf qualitative und quantitative Methoden 92 Qualitative Eiweißproben p. 92. Mikrochemie p. 94. Quantitative Methoden p. 94. § 8. Einteilung der Eiweißkörper und spezielle Betrachtung der einzelnen Gruppen 95 A. Einfache Proteine. I. Euproteine p. 96. Albumine, Globuline p. 97. II. Prolamine p. 98. III. Gluteline. IV. Samenglobuline oder Phytovitelline p. 99. V. Phosphoproteine (Nucleoalbumine) p. 100. Casein, Vitellin p. 101. VI. Ilistone und Protamine p. 102. B. Die konjugierten Proteine. I. Glucoproteine p. 103. IL Nucleoproteine p. 104. Nucleohiston p. 105. Ghromatin der Zellkerne p. 106. Nuclein p. 107. Nucleinsäure p. 108. Zusammensetzung p. 109. Abbauprodukte: Phosphorsäure p. 110. Kohlen- hydratgruppen, Purinbasen p. 111. Hypoxanthin, Xanthin, Adenin, Guanin p. 113. Pyrimidinbasen: Thymin p. 114. Cytosin, Uracil p. 115. Partielle Hydrolyse der Nucleinsäuren p. 116. Nucleoside, Nucleotide, Nucleasen p. 117. III. Plasmaproteide p. 119. Abschnitt 2: Die Proteide im Stoffwechsel der niederen Pflanzen. Dreiunddreißigstes Kapitel: Die Proteide der Bacterien und Pilze. § 1 . Die Eiweißstoffe der Bacterien 120 Proteingehalt der Bacterien p. 120. Hydrolyse von Bacterieneiweiß, Mucine p. 121. Nucleoproteide in Bacterien, Volutin p. 122. Anhang: Die Proteide der Myxomyceten p. 123. § 2. Die Eiweißstoffe der Saccharomyceten 123 Eiweißgehalt der Hefe p. 123. Hydrolyse von Hefeeiweiü. Hefenucleiii- säure p. 124. Hefevolutin p. 125. § 3. Die Eiweißstoffe der höheren Pilze 125 Eiweißgehalt von Pilzen p. 125. Analysen p. 126. Flechten, Schimmel- pilze p. 127. Hydrolyse von Pilzeiweiß. Nucleoproteide p. 128. Vierunddreißigstes Kapitel: Die Resorption von Eiweißstoffen durch Bacterien und Pilze. § 1. Die proteolytischen Enzyme von Pilzen und Bacterien 128 Nachweis p. 129. Bacterienproteasen p. 130. Ihre Eigenschaften p. 131. Ereptische Enzyme, Nucleasen p. 132. Hefeenzyme p. 133. Ihre Natur p. 134. Proteolytische Enzyme von Pilzen p. 135. Nucleasen. Myxo- myceten p. 136. Labferniente p. 137. § 2. Die Produkte der bacteriellen Eiweißzersetzung. Eiweißfäulnis .... 138 Ammoniakbildung aus Eiweiß p. 139. Einflüsse darauf p. 140. Des- amidierung p. 141. Schicksal der Phenylgruppen p. 142. Arainbildung p. 143. Indolbildung p. 144. Indolreaktionen und Indolnachweis p. 145. Diaminobasen p. 146. Arginase, Kreatinin, Histidmabbau p. 147. Bildung von Schwefelwasserstoff, Methylmercaptan p. 148. § 3. Die Produkte bei der Eiweißresorption durch Pilze . 149 Abspaltung von Ammoniak p. 150. Vergärung von Anmiosäuren p. 151. Bildung von Oxysäuren p. 152, Aminbildung p. 153. Harnstoffbildung p. 154. Fünfunddreißigstes Kapitel : Stickstoffgewinnung und Eiweißbildung bei Bacterien und Pilzen. § 1. Stickstoffverbindungen als Baustoffe und als Quelle von Betriebsenergie. Die Verarbeitung verschiedener Stickstoffverbindiingen durch Bacterien 154 Inhaltsverzeichnis. VII Seite Eiweißfreie Kulturnährböden p. 155. Eignung der einzelnen Aminosäuren p. 156. Stickstoffverbindungen als Energiequelle p. 157. Tauglichkeit der einzelnen Stickstoffverbindungen p. 158. Verhältnisse bei den Myxo- myceten p. 161. § 2. Die Stickstoffversorgung der Sproßpilze 161 Albuniosen, Aminosäuren p. 161. Desamidierung. Säureamide p. 162. Nitrate und Ammoniumsalze p. 163. § 3. Stickstoff Versorgung und Eiweißsynthese bei höheren Pilzen 164 Einfluß der Kohlenstoffquelle p. 164. Aminosäuren p. 165. Säureamide, Nitrile p. 166. Ammoniumsalze p. 167. Andere Stickstoff Verbindungen p. 168. § 4. Die bacterielle Harnstoffspaltung (Harnstoffgärung) 169 Die wirksamen Arten p. 169. Urease p. 170. Anhang: Spaltung von Harnsäure und Hippursäure durch Bacterien p. 171. Nucleooxydasen p. 172. § 5. Nitratreduktion und Nitratgärung durch Bacterien. Denitrifikation . . . 173 Reduktion von Nitraten zu Nitriten durch Bacterien p. 173. Nitritnachweis p. 174. Reduktion der Nitrate unter Bildung von Ammoniak p. 175. Reduktion von Nitraten unter Freiwerden von Stickstoffgas, Nitratgärung oder Denitrifikation p. 176. Die wirksamen Bacterien p. 177. Einfluß von Luftzutritt p. 178. Einfluß organischer Stoffe p. 179. Mechanismus der Nitratgärung p. 180. § 6. Nitratbildung aus Nitrit und Ammoniak: Nitrifikation durch Bacterien . 181 Die Nitrifikation im natürlichen Boden p. 182. Winogradskys Nitrifikations- raikroben p. 183. Andere Formen p. 184. Intensität des Vorganges, Ein- fluß der Temperatur p. 18.5. Andere Einflüsse p. 186. Nachweis der Nitratbildung p. 187. Kohlensäurebedarf der Nitrifikationsmikroben p. 188. Die Nitrifikation organischer Stoffe p. 190. Enzyme p. 191. Zwischen- produkte p. 192. § 7. Die Assimilation von Stickstoffgas 192 Angaben über Stickstoffbindung bei Pilzen p. 192. Sproßpilze p. 193. Mykorrhiza p. 194. Epiphytische und endophytische Mykorrhiza p. 195. Die Natur der letzteren p. 196. Wurzelanschwellungen bei Alnus, Myrica usw. p. 197. Cj'^anophyceen p. 197. A. Assimilation von Stick- stoffgas durch freilebende Bacterien p. 198. Clostridium Pasteurianum p. 199. Aerobe Formen p. 200. Azotobacter p. 201. Sein Vorkommen p. 203. Bacterienkonsortien p. 204. Effekte 'im natürlichen Boden p. 205. Mechanismus der Stickstoffixierung p. 206. § 8. Fortsetzung: B. Assimilation von Stickstoffgas durch symbiontisch lebende Bacterien 207 BoussiNGAULTs Versuche p. 207. Hellriegel und Wilfarth p. 208. Analysen von WurzelknöUchen p. 210. Die Bacteroiden p. 211. Infections- gang p. 212. Künstliche Kultur von Bact. radicicola p. 213. Bedingungen der Knöllchenbildung p. 214. Impfversuche p. 215. Rassenunterschiede der Knöllchenbacterien p. 216. Die natürliche Infektion p. 217. Bacterien- dünger p. 219. Bacteriensymbiose in Laubblättern p. 220. Nichtleguminosen und Stickstoffixierung p. 221. Sechsunddreißigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Algen . . 222 Gehalt der Algen an Eiweiß p. 222. Cyanophyceen, Volutin. Peptonalgen p. 223. Mixotrophe Algen p. 224. Die Eignung verschiedener Stickstoff- verbindungen p. 225. Angebliche Stickstoffixierung p. 226. Flechten p. 227. Siebenunddreißigstes Kapi,tel : Der Eiweißstoffwechsel der Moose . • 227 Analysen p. 227. Die Stickstoffgewinnung p. 228. Abschnitt 3: Die Proteide im Stoffwechsel der Blutenpflanzen. Achtunddreißigstes Kapitel: Die Reserveproteide der Samen. § 1. Allgemeine Orientierung und Vorkommen 228 Historisches p. 228. Aleuronkörner p. 229. Deren Eiweißkrystalle p. 230. Das Verhalten der Eiweißstoffe in den Proteinkörnern p. 231. Albumine yjjj Inhaltsverzeichnis. Seite und Samenglobuline p. 232. Arten der Globuline p. 233. Kleberproteine p. 235. Gluteline p. 237. Vitamine der Samen p. 238. Nucleoproteide p. 239. § 2. Methodische und quantitative Ermittelungen 240 Neunmiddreißigstes Kapitel: Eiweißresorption bei der Samenkeimung und Eiweiß- regeneration im Keimling. § 1. Der aUgemeine Verlauf der Eiweißmobilisierung 242 Die ersten Veränderungen p; 242. Die einzelnen Keimungsperioden p. 243. Die Proteide in der keilnenden Gerste p. 245. Verhalten des Nucleins p. 247. Einfluß von Temperatur und chemischen Stoffen p. 248. § 2. Proteolytische Enzyme in keimenden Samen 249 Nachweis p 249. In ungekeimten Samen p. 2,ö0. Malzenzym p. 251. Andere Samenproteasen p. 252. Labenzyme p. 253. § 3. Die Abbauprodukte der Reservepro teide bei der Keimung von Samen . . 253 Vergleich mit der Säurehydrolyse p. 253. Proteosen und Peptone p. 255. Aminosäuren in Keimpflanzen verschiedenen Alters p. 256. Phenylalanin, Dioxyphenylalanin p. 257. Tyrosin, Valin p. 258. Isoleucin, Leucin, Tryptophan, Prolin, Asparaginsäure p. 259. Asparagin p 260. Analytische Daten p. 261. Chemische Eigenschaften p. 262. Glutaminsäure, Glutamin p. 263. Arginin p. 264. Lvsin, Histidin p. 266. Nucleinstof f Wechsel - Produkte, Vernin, Vicin p. 26b. Ricinin. Schwefelhaltige Produkte p. 267. Abspaltung von Phosphorsäure p. 268. § 4. Sekundäre Veränderungen der primären Produkte der Eiweißspaltung und der Vorgang der Eiweißregeneration in der Keimpflanze 269 Die Ansammlung von« Asparagin p. 269. Ansammlung von Tyrosin p. 270. Urease p. 271. Oxydative Vorgänge als Ursache der Asparaginanhäufung p. 272. Finfluß der Mineralsalze p. 273. Vierzigstes Kapitel : Die Bildung der Reserveprotelde während der Samenreifung 274 Der Gang des Prozesses analytisch verfolgt p. 274. Gerste p. 275. Nuclein- säuren p. 277. Einundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel unterirdischer Speicherorgane. § 1. Die Reserveprotelde in unterirdischen Speicherorganen 277 Globuline, Mucin p. 278. Quantitative Daten p. 279. § 2. Die Resorption von Reserveproteiden in unterirdischen Speicherorganen . 279 Proteasen p. 279. Tyrosin, Leucin p. 280. Isoleucin, Asparagin, Glutamin p. 281. Arginin, Nucleinstoffwechsel p. 282. Allantoin p. 283. § 3. Die Eiweißbildung in unterirdischen Speicherorganen 283 Kartoffelknolle p. 283. AUium Cepa p. 284. Zweiundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel In Knospen und In Laubtrieben. § 1. Reserveprotelde 285 Globuline. Verhältnisse in Knospen und anderen Organen p. 285. § 2. Resorption der Reserveprotelde aus Baumzweigen 286 Proteasen p. 286. Asparagin, Glutamin, Diaminosäuren, Methyltyrosin p. 287. Oxyphenyläthylamin, Cyanwasserstoff, Nucleinstoffwechsel, Allan- toin p. 288. Dreiundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Pollenzellen. . 289 Vierundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel von Früchten. . . 290 Fünfundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Laubblätter. § L Die Proteinsubstanzen der Laubblätter, Resorptionsvorgänge 291 Eiweißstoffe der Chloroplasten p. 291. Reaktionen derselben p. 292. Die Frage nach der Stickstoffauswanderung im Herbst p. 293. Aminosäuren in Laubblättern p. 294. Proteasen p. 295. InhaltBverzolchnis IX Seite § 2. Die Bildung von Proteinstoft'en in den Laubblättern 296 Stadien der Synthese p. 296. Eiweißbildung in abgetrennten Laubblättern p. 297. Nitrate als Material p. 298. Reduktion derselben p. 299. An- häufung von Nitraten p. 302. Verarbeitung von Ammoniumsalzen p. 303. Entstehung der Aminosäuren p. 304. Verarbeitung von Aminosäuren p. 305. Die Chloroplasten als Stätte der Eiweißbildung p. 306. Sechsundvierzigstes Kapitel: Aufnahme von Stickstoffverblndungcn durch die Wurzeln. § 1. Allgemeine Bemerkungen. Resorption von Ammoniumsalzen 307 Eiweißbildung in den Wurzeln p. 308. Verarbeitung von Ammoniumsalzen p. 309. Ammoniakdünger p. 310. Cyanamidwirkung p. 31L § 2. Die Aufnahme salpetersaurer Salze durch die Wurzeln und der Gehalt der Pflanzen an Nitraten 313 BoussiNGAULTs Arbeiten p. 313. Der Salpeter im Ackelboden p. 314. Salpeterdüngung p. 314. Nitratgehalt höherer Pflanzen p. 315. Die Frage der Nitratbildung bei höheren Pflanzen. Quantitative Verteilung der Nitrate p. 316. Nachweis von Nitrat p. 317. § 3. Resorption organischer Stickstoffverbindungen durch Phanerogamenwurzeln 318 Methodisches p. 318. Verschiedene Ergebnisse p. 319. Ausnutzung orga- nischer Bodensubstanzen p. 320. Siebenundvierzigstes Kapitel: Die Resorption sticlfstoffhaltiger Substanzen durch die Blätter der tierfangenden Pflanzen (Carnlvoren) 321 Proteolytische Enzyme p. 322. Drosera, Dionaea, Drosophyllum p. 323. Die Verdauung in den Nepentheskannen p. 324. Cephalotus, Sarracenia p. 325. Pinguicula, ütricularia p. 326. Pilze als tierfangende Pflanzen p. 327. IV. Teil: Die Mineralstoffe im pflanzlichen Stoffwechsel. Abschnitt 1 : Die Mineralstoffe ira Stoffwechsel der niederen Pflanzen. Achtundvierzigstes Kapitel: Mineralstoffe bei Bacterien und Pilzen. § 1. Die Aschenstoffe der Bacterien 327 Mengenverhältaiisse p. 327. Kultur auf aschereichem Substrat p, 328. Die Myxomyceten p. 330. § 2. Die Aschenstoffe der Sproßpilze 330 § 3. Die Aschenstoffe bei höheren Pilzen 331 Schimmelpilze p. 331. Spezifische Differenzen bei höheren Pilzen p. 332. Veränderungen während des Entwicklungsganges p. 333. § 4. Resorption von Aschenstoffen durch Bacterien 334 Pastetrs Untersuchungen p. 334. Naeqelis Erfahrungen p. 335. Die nötigen Aschenstoffe p. 336. Anpassung an sehr verdünnte und relativ konzentrierte Lösungen p. 337. Halophile und halophobe Bacterien p. 338. Aschenstoffe als Energiequelle p. 339. Verarbeitung unlöslicher Mineral- stoffe p. 339. § 5. Resorption von Aschenstoffen bei Sproßpilzen 341 Die nötigen Aschenstoffe p. 341. Kali, Kalk p. 342. Schwefelverbindungen p. 343. § 6. Die Resorption von Aschenstoffen bei höheren Pilzen 344 Nährlösungen p. 344. Naegelis Forschungen p. 345. Kalibedarf p. 346. Kalk, Magnesia p. 347. Phosphorsäure, Eisen p. 348. Chemische Reiz- wirkungen von Schwermetailsalzen p. 349. Arsenige Säure p. 350. Ge- winnung unlöslicher Mineralstoffo p. 351. Neunundvierzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Algen. § 1. Aschenanalysen 352 Analytische Daten p. 353. Inkrustationen und Gerüstsubstanzen p. 354. Verkalkung und Kaikabscheidung p. 355. Eisen- und Manganeinlagerung X Inhaltsverzeichnis. Seile p. 356. Sulfatgebalt. Schwebekörperchen. Kieselsäure p. 357. Chlor, Jod p. 358 Brom p. 359. § 2. Die Resorption von Mineralstoffen durch Algen 360 Lösende Wirkungen auf das Substrat p. 360. Physiologische Lösungen und Nährlösungen p. 36L lonenantagonismus. Resistenz gegen Verände- rungen im osmotischen Druck p. 362. Die nötigen Mineralstoffe p. 363. Kali p. 363. Kalk p. 364. Magnesium, Eisen, Phospborsäure p. 365. Kieselsäure, Chlor, Wasserstoff- und Hydroxylion p. 366. Fünfzigstes Kapitel: Mineralstoffe der Flechten 367 Analysen, Kalk p. 367. Eiseneinlagerung p. 367. Kalkflecbten und Kiesel- flechten p. 368. Einundfünfzigstes Kapitel: Mineralstoffwechsel bei Moosen und Farnen. § 1. Die Mineralstoffe der Moose 369 Analysen p. 369. Erfahrungen bei Protonemakulturen p. 370. § 2. Die Mineralstoffe der Farnpflanzen 370 Tonerde und Kieselsäure p. 371. Abschnitt 2: Die Mineralstoffe im Stoffwechsel der Blütenpflanzen. Zweiundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel von Samen. § 1. Die Verhältnisse im reifen Samen 372 Verteilung der Gesaratascbe im Samennährgewebe auf die einzelnen Be- standteile p, 373. Kali, Natron, Kalk p. 375. Magnesia p. 376. Eisen- gehalt p. 378. Phosphorsäure p. 379. Schwefelgehalt p. 380. Kieselsäure. Chlor p, 38L Tonerde, Mangan p. 383. § 2. Das Verhalten der Aschenstoffe während der Samenreife 383 Abnahme bei der Saraenreife p. 384. § 3. Die Resorption der Ascbensloffe aus dem Nährgewebe bei der Samenkeimung 386 Analytische Daten p. 387. Resorptionskoeffizient p. 388. Die Form, in welcher die Aschenstoffe aus dem Nährgewebe in die Keimpflanze ein- wandern p. 389. Der Umsatz von Phosphor und Schwefel p. 390. Dreiundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel von unterirdischen Reservestoff- behältem. § 1, Die vorkommenden Aschenstoffe 391 Aschegehalt, Kali p. 391. Natron, Kalk, Magnesia, Eisen p. 392. Phosphor- säure p. 393. Quantitätsschwankungen p. 394. § 2. Das Verhalten der Aschenstoffe während der Reifung unterirdischer Speicher- organe 395 Untersuchungen an Kartoffeln p. 395. Rübe p. 396. Vieruhdfünfzigstes Kapitel : Der Mineralstoffwechsel in den oberirdischen Achsenteilen. § 1. Die Stammknospen und ihr Verhalten beim Austreiben 397 § 2. Die Mineralstoffe des Holzes der Bäume 400 Gesamtasche p. 400. Verschiedenheiten in den basalen und apikalen Teilen p. 401. Schwankungen mit der Jahreszeit p. 402. Die Bewegung im jähr- lichen Vegetationsgang p 403. Der Kaligehalt p. 404. Natron p. 405. Kalk p. 406. Kalkablagerung im Kernholz p. 407. . Magnesia p. 408. Eisen p. 409. Tonerde und Mangan, Phosphorsäure p. 410. Phosphorsäure in Splint-t und Kernholz und zu verschiedenen Jahreszeiten p. 411. SchM'efel, Kieselsäure p. 412. Chloride p. 413. § 3. Die Aschenstoffe in der Rinde der Holzgewächse 414 Gesamtasche p. 414. Kali p. 415. Natron, Kalk p. 416. Magnesia, Eisen p. 417. Mangan, Phosphorsäure p. 418. Tonerde, Schwefel, Kieselsäure p. 419. Chloride p. 420. Inhaltsverzeichnis, XI Seile Fünfundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Laubblätter. § 1. Die Verhältnisse des Gesamtaschengehaltes 420 Analysen p. 421. Aschereiche und aschearnie Blätter 422. Der Aschen- gehalt während der Entwicklung p. 423. Mehrjährige Blätter p. 426. Das Rückströmen von Aschenstoffen vor dem Abwerfen der Blätter p. 427. Die Verhältnisse der Phosphorsäure p. 429. Blattrippen und Mesophyll p. 429. Schattenblätter. Etiolierte Pflanzen p. 430. Die Gallen p. 431. § 2. Die einzelnen Mineralstoffe 431 Gesamtverteilung p. 431. Kaligehalt p. 432. Schwankungen desselben p. 433. Schwankungen innerhalb der Vegetationsperiode p. 434. Mehrjährige Blätter. Natron p. 435. Halophyten. Kalkgehalt p. 436. Kalkfunktion p. 437. Kalkpflanzen p. 438. Mehrjährige Blätter und Kalk p. 439. Baryt p. 439. Magnesia p. 440. Die Verhältnisse während der Entwicklung p. 441. Tonerde und Eisen p. 442. Mangan p. 444. Phosphorsäure p. 445. Die- selbe während des Entwicklungsganges der Blätter p. 446. Schwefel p. 448. Kieselsäure p. 449. Gehalt an Chloriden p. 451. § 3. Resorption von Mineralstoffen durch Laubblätter 451 Auffangapparate für Wasser p. 452. § 4. Sekretion von Aschenstoffen durch Laubblätter 453 Kalkdrüsen p. 453. Hydathoden p. 454. § 5. Zum Mineralstoffwechsel der Halophyten 455 § 6. Mineralstoffwechsel von Wasserpflanzen 456 Analysen p. 456. Kalkablagerung p. 457. § 7. Mineralstoffwechsel phanerogamer Parasiten 458 Sechsundfünfzigstes Kapitel. Der Mineralstoffwechsel im Fortpflanzungssystem. § 1. Die Mineralstoffe von Rlütenteilen und Pollen 460 § 2. Die Mineralstoffe von Früchten 461 Assimilierende und sklerosierte l<'rüchte p. 462. Speicherfrüchte p. 4ö3. Analysen p. 464. Fruchtreife p. 466. Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. § 1. Allgemeines. Die in den Wurzelgeweben vorkommenden Aschenstoffe . 468 Wurzelfunktionen p. 468. Analysen jüngerer und älterer Wurzeln p. 469. § 2. Die Resorption von Mineralstoffen durch die Wurzeln. Allgemeine Er- fahrungen 470 Historisches p. 471. Die Wurzelhaai-e p. 472. VVurzeloberfläche p. 473. Ausbreitung des Wurzelsystems p. 474. Das quantitative Wahlverraögen p. 475. Die wichtigen Ionen p. 476. Die Wasserkulturmethode p. 477. Die Differenzmethode p. 478. Limitierender Faktor. Die Gesetze von Liebig, Blackman und Mitscherlich p. 479. Das physiologische Gleich- gewicht in den Lösungen p. 480. Salzantagonismus p. 481. lonenumsatz p. 482. Zahlen über die MineraJstoffmengen, welche die Pflanzenwurzeln dem Boden entziehen p. 483. Die Tätigkeit in den einzelnen Lebens- stadien der Pflanze p. 484. § 3. Die Resorption der einzelnen gelösten Mineralstoffe aus dem Boden . . 484 I. Alkalimetallsalze p. 485. Kalidüngung p. 486. Kali im Boden und in der Pflanze. Kalimangel p. 487. Funktionen des Kaliums. Natron p. 488. Lithium p. 489. Alkaliböden. II. Magnesia und Kalk p. 490. Not- wendigkeit der Kalkzufuhr p. 491. Kalkhunger p. 492. Baryum und Strontium p. 493. Kalkdüngung p. 494. Kalk im Boden p. 495. Kalk- faktor p. 496. Magnesiawirkung p. 498. III. Eisen und andere Schwer- metalle p. 499. Chlorose p. 499. Ist Eisen ersetzbar? p. 500, Funktionen des Eisens p. 501. Tonerde und ihre Wirkungen p. 502. Mangan- äufnahme p. 503. Nickel, Kobalt Kupfer p. 504. Zink p. 505. Blei p. 506. IV. Phosphorsäure und Arsen p. 507. Quellen der Phosphorsäure p. 508. Aufschließung schwerlöslicher Phosphate p. 509. Phosphatdüngung p. 510. Die Beziehungen zur Stickstoffaufnahme p. 511. Formen und Funktionen der Phosphorsäure p. 512. Arsen vorkommen p. 513. Gift- wirkungen von Arsen p. 514. V. Schwefel, Selen, Tellur p. 514. XII Inhaltsverzeichnie. Seito VI. Kieselsäure, Bor p. 516. VIT. Die Halogengruppe, Chloride p. 518. Chlorbedarf p. 519. Jod, Fluor p. 520. § 4. Die Resorption ungelöster Bodenbestandteile durch die Wurzeln. Aus- scheidung von Substanzen durch die Wurzeln. Wechselbeziehungen zwischen den Pflanzen und dem Boden 521 Die Bodenlösung p. 521. Ausnutzung unlöslicher Phosphate p. 522. Korrosion von Kalkstein p. 523. Kohlensäure als Ursache p. .524. Kohlensäure- produktion der Wurzeln p. 525. Ausscheidung anderer Säuren? p. 526. Säurewirkung durch chemische Umsetzungen p. 527. Acidität des Zell- saftes von Wurzeln p. 528. Wurzelausscheidungen p. 529. Wirkungen der Wurzeln auf ihr Substrat p. 530. Anhang: Methodische Hinwelse 531 Veraschungsverfahren p. 532. Alkalimetalle, Kalibestimmung p. 533. Magnesia, Kalk p. 534. Tonerde, Eisen, Mangan p. 535. Zink, Kupfer, Blei p. 536. Phosphorsäurebestinunung p. 537. Schwefelbestimmung p. 538. Borsäure, Chloride, Bromide, Jodide p. 540. Fluor p. 541. Spezielle Biochemie. III. Teil: Die Proteide im pflanzlichen Stoffwechsel. Abschnitt 1 : Allgemeine Biochemie der pflanzlichen EiweiBstoffe. Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physikalischen und chemischen Eigenschaften pflanzlicher Proteinstoffe. § 1- Einleitung, Vorkommen pflanzlicher Eiweißstoffe. Die großen Fortschritte, welche die biochemischen Kenntnisse von den Eiweißsubstanzen (1 ) in der neueren Phase der Entwicklung der biologischen Wissenschaften erfahren haben, sind von den Erforschern der tierischen Proteinstoffe angebahnt worden. Die Kenntnisse von den pflanzlichen Proteinen, die nunmehr gleichfalls eine bedeutende Ent- wicklung genommen haben, schheßen sich noch immer so eng an die tierbiochemischen Methoden und Resultate an, daß es besser ist, in unserer Darstellung die Zoochemie als Leitfaden zu nehmen, und an den geeigneten Stellen die pflanzenbiochemischen Tatsachen einzufügen. Dieses Ver- fahren wird um so eher gestattet sein, als man immer mehr zu der Über- zeugung gelangt ist, daß pflanzliches und tierisches Protoplasma sehr analoge Eiweißstoffe enthält, und viele Erfahrungen auf tierchemischem Gebiete mit geringen Änderungen auch für die Pflanzenproteine Geltung haben. Eine Umgrenzung des Begriffes „Eiweißkörper" zu geben, ist sehr schwierig; eine Definition desselben wohl ganz unmöglich, trotz der vielen für außerordentlich zahlreiche Eiweißsubstanzen charakteristischen Merk- male. Es scheint hier ähnlich zu gehen, wie mit der Abgrenzung des Kohlen- hydratbegriffes. Die Zuckerarten stehen in ähnHchem Verhältnis zu den 1) Zur Orientierung auf dem ungeheuer angewachsenen Gebiete der Eiweili- literatur dienen 0. Cohnheim, Chemie d. Eiweißkörper, 3. Aufl., Braunschweig 1911; G. Mann, Chemistry of the Proteids, London 1906; R. IL A. Plimmek, The Chemical Constitution of the Proteins, 2 Parts, 2. Edit., 1912 (London). Die pflanzlichen Proteine behandelt Tho. B. 0s30rne, The Vegetable Proteins, London 1909. Vgl. ferner die Artikel von Osborne, ' amuely u. a. in Abderhaldens Biochem. Handlexikon, Bd. IV, Berlin 1911. Allgemeine Gesichtspunkte bei E. Fischer, Sitz.ber. Berliner Akad., 24. Januar 1907. Namhafte ältere Zusammenstellungen in den Lehrbüchern von Neu- meister, Hammarsten und Hoppe-Seyler, ferner bei Drechsel (Handwörterbuch d. Chemie, Bd. III (1885), F. Schwarz, Cohns Beitr. z. Biolog. d. Pfl., Bd. 5 (1887), J. Moleschott, Physiologie des Stoffwechsels, Erlangen 1851, p. 74. Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 1 2 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. Polysacchariden, wie die Polypeptide und Peptone zu den echten Proteinen, und vielleicht darf man den Vergleich auch auf die komplexen Eiweißstoffe, wie Nucleoproteide usw., ausdehnen, wenngleich die letzteren relativ noch verwickeitere Verhältnisse bieten, als die aus Hexosen kondensierten Poly- saccharide. Die Polypeptide unter den Eiweißbegriff zu subsummieren (1), erscheint unnatürlich, während es praktisch ist, die Peptone einerseits, und dio komplexen Proteide andererseits unter den Eiweißkörpern im wei- testen Sinne des Wortes zu belassen. Wir nehmen den Eiweißbegriff streng nach chemischen Merkmalen und treten Pflüger (2) nicht bei, der unter Eiweiß nur die der lebenden Zelle eigenen Proteine verstehen will, und alle künstlich daraus isolierten Stoffe, wie Protamine und Histone, bereits als Eiweißderivate ansehen will. Historisches. Der älteste bekannte pflanzliche Eiweißkörper ist der Kleber des Getreidemehles, mit dem sich Beccari bereits im 18. Jahr- hundert befaßte. Rouelle zeigte, daß sich andere gerinnbare Stoffe im Preßsafte vieler Pflanzen nachweisen lassen. Foitrcroy (3) lenkte zuerst die Aufmerksamkeit auf die Ähnlichkeit dieser Stoffe mit tierischem Eiweiß. Auch Vauquelin (4) betonte die Analogie des im Safte von Carica Papaya enthaltenen gerinnbaren Stoffes mit dem animalischen Bluteiweiß. Die späteren Arbeiten von Thenard (5) über Eiweißgerinnung, und von Bo- STOCK (6) über eiweißfällende Substanzen wie Tannin und Schwermetall- salze, beziehen sich nur auf tierische Eiweißsubstanzen, desgleichen die ersten Elementaranalysen von Eiweiß durch Prout (7). Braconnot (8) hat das Verdienst, die ersten Eiweißhydrolysen an Leim und Muskel mit verdünnter Schwefelsäure ausgeführt zu haben (1822), und er entdeckte hierbei das Glykokoll und das Leucin. Den Eiweißstoff aus Bohnen- und aus Erbsensamen untersuchte Braconnot (9) 1827 und nannte ihn Legumin. Von Wichtigkeit sind die gleichzeitig durch Berzelius (1 0) und Einhof (11) angestellten Untersuchungen über Kleber („Pflanzenleim") und „Pflanzen- käsestoff", in welchen die biologische Übereinstimmung der tierischen und pflanzlichen Eiweißstoffe eindringlich vor Augen geführt wurde. Raspail 12) entdeckte 1829 die bekannte Farbenreaktion von Eiweiß mit Zucker und konzentrierter Schwefelsäure. Gmelin (13) stellte Beobachtungen über das Verhalten von Eiweiß beim Erhitzen unter Druck an; Bird (14) gewann 1) Vgl. Th. Panzer, Wien. klin. Wochschr., j6, 689 (1C03). — 2) E. Pflügek, Pflüg. Arch., 229, 99 (1909). — 3) Fourcroy, Ann. de Chim., j; 8, 113; 9, 7 (1791). Vgl. auch Senebier, Physiologie, 2, 441 (1800). — 4) Vauquelin, Ann. de Chim., 43\ Crells Ann. (1802), II, 370. Fourcroy und Vauquelin, Ann. de Chim., 23, 186 (1797) studierten die Wirkung konzentrierter Schwefelsäure auf tierische Stoffe. Über koagulierbare Substanzen im Safte der Bäume: Vauquelin, Ann. de Chim., jj, 20 (1799). Berthollets „Zoonsäure", Ann. de Chim., 26, 86 (1798), wurde durch Thenard, Ebenda, 43, 176 (1802) als Gemenge erkannt. Fourcroy und Vauquelin nannten das Einwirkungsprodukt von Salpetersäure auf Eiweiß ,,acide jaune." — 5) Thenard, Ann. de Chim., 67, 320 (1808). — 6) John Bostock, Ebenda, p. 35; Chevreul, Ann. Chim. et Phys. (2), 19, 38 (1821) studierte die Wasseraufnahme von Eiweiß, sowie die Wirkung von Wärme und Alkohol auf Eiweiß. — 7) W. Prout, Schweigg. Journ., 28, 181 (1820) fand für Bluteiweiß 7,77% H, 66,26% C, 30% 0 und 17,5% N. — 8) H. Braconnot, Gilberts Ann., 70, 389 (1822). — 9) Braconnot, Ann. Chim. et Phys. (2), 34, 68 (1827). Das von Gorham, Schweigg. Journ., 32, 488 (1821) und iBizio, Ebenda, J7, 377 (1823) aus Mais beschriebene „Zein" war wohl ein Gemisch von Kleber und anderen Proteinen mit Fett. — 10) Berzelius, Ann. Chim. et Phys. (2), 37, 215 (1828). Lehrb. d. Chem, Bd. 3, p. 384ff. (1828). Deutsch von Wöhler. — 11) Einhof, Berzelius Jahresber., 7, 231 (1828). — 12) Raspail, Schweigg. Journ., 56, 96 (1829). — 13) L. Gmelin, Ebenda, 5«, 375 (1830). — 14) G. BiRD, Journ. prakt. Chem., 9, 32 (1836). § 1. Einleitung, Vorkommen pflanzlicher Eiweißstoffe. 3 das Natronalbuminat; Mitscherlich (1) sah 1837 die violette Eiweiß- reaktion mit Kupfervitriol in alkalischer Lösung. Gaylussac (2), Tuk- NARD, später Dumas und Cahours (3) unterwarfen mehrere pflanzliche Eiweißstoffe der Elementaranalyse. Der erstgenannte Forscher wies noch- mals auf die allgemeine Verbreitung reichlicher Eiweißmengen in Samen hin. Mulder (4) erwarb sich große Verdienste um die Eiweißchemie durch die Anstellung reichlicher Analysen, wobei er bemüht war, die Verbreitung des Gehaltes an Schwefel und Phosphor zu zeigen. Er wies auch darauf hin, daß das Molekulargewicht der Eiweißstoffe ein außerordentlich hohes sein müsse. Seine Anschauungen über den Bau des Eiweißmolekels waren je- doch wenig glücklich. Mulder nahm an, daß bei allen Eiweißkörpern ein Kern C40H 82N loO 12 („ Protein" ) vorhanden seien, dessen verschiedene Seh wefe- lungs- und Phosphorierungsstufen die natürhchen Eiweißkörper darstellen; auch sollten „Proteinoxyde" im Tierkörper vorkommen. Liebig (5) und einige seiner Schüler haben in mustergültigen Untersuchungen seit 1840 die Grundlage der heutigen Eiweißchemie geliefert, und manche Anschau- ungen, welche, wie die Verwandtschaft des Legumins mit dem Milchcasein, später zur Seite gedrängt wurden, sind in neuerer Zeit wieder zu Ehren ge- kommen. Liebig unterschied Pflanzeneiweiß (koagulierbar, durch Säuren nicht fällbar) Pflanzenkäsestoff (nicht koagulierbar, durch Säure fällbar) und Pflanzenfaserstoff. Er und Laskowski (6) wiesen den Schwefelgehalt der MuLDERschen „ Protein" präparate nach; Lieberkühn (7) zeigte, daß Phosphor kein allgemeiner Eiweißbestandteil sei, wie Mulder angenommen hatte. In Liebigs Laboratorium entwickelte sich auch die Anschauung, daß Elementaranalysen von Eiweißstoffen nicht hinreichenden Aufschluß über die Natur dieser Substanzen geben, und daß man durch hydrolytische Spaltung und die Sicherstellung der Abbauprodukte viel weiter kommt (8). Hinterberger (9) wies bei der Schwefelsäurehydrolyse von Ochsenhorn Leucin und Tyrosin nach. Auf dieser Bahn schritt die spätere Arbeit rüstig fort, und für die pflanzlichen Eiweißstoffe zeigten die Untersuchungen von Ritthausen (1 0) auf das glänzendste, welche gewaltigen Fortschritte hier- durch angebahnt worden waren. An den Namen Schützenbergers knüpfen sich weitere Erfolge auf dem Gebiete der Eiweißhydrolyse, und gerade die letzte Phase in der Entwicklung der Eiweißchemie hat gezeigt, welche außer- ordentlichen Erfolge noch fortdauernd durch Verbesserung der Methodik hier zu erwarten sind. Kühne, und für pflanzliche Proteine dessen Schüler Chittenden, die wichtigen zahlreichen Arbeiten von F. Hofmeister und dessen Schülern, sodann die ausgedehnten Untersuchungen über die pflanz- lichen Proteine von Osborne und dessen Mitarbeitern; endlich die ungemein wichtigen Untersuchungen von E. Fischer über die Eiweißhydrolyse und deren Produkte, an welche sich die erfolgreichen Arbeiten der Schule von 1) C. G. Mitscherlich, Pogg. Ann., 40, 106 (1837). — 2) Gay-Lussac, Ann. Chim. et Phys. (2), 53, 110 (1833). — 3) Dumas u. Cahours, Ebenda (3), 6, 385 (1842). Auch BoucHARDAT, Lieb. Ann., 43, 120 (1842). Rochleder, Ebenda, 46, 165 (1843) analysierte Legumin. — 4) Mulder, Pogg. Ann., 40, 253 (1837); 44, 443 (1838). Journ. prakt. Chem., j6, 129 u. 297 (1839). Berzelius Jahresber., 19, 642 (1840). Journ. prakt. Chem., 31, 281 (1844). Versuch einer physiol. Chem. (1844), p. 300; Journ. prakt. Chem., 44, 503 (1848). — 5) J. v. Liebig, Lieb. Ann., 39, 128 (1841). Ann. Chim. et Phys. (3), 4, 186 (1842).' Lieb. Ann., 57, 131 (1846). — 6) N. Laskowski, Lieb. Ann., 58, 129 (1846). — 7) N. Lieberkühn, Pogg. Ann., 86, 117 (1852). — 8) Vgl. die Arbeit von Guckelberger, Lieb. Ann., 64, 39 (1848), deren Resultate allerdings noch nicht klar waren. — 9) F. Hinterberger, Lieb. Ann., 71, 70 (1849). — 10) H. Ritthausen, Die Eiweißkörper d. Getreide- arten usw. (1872). 1* 4 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanz]. Proteinstoffe. Abderhalden anschlössen, die grundlegenden Forschungen von Kossel und dessen Schülern über die basischen Eiweißstoffe und die Nucleoproteide, nicht zuletzt aber die Erforschung der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Proteine, an der sich zahlreiche Forscher, wie Hardy, Wo. Pauli, T. Br. Robertson, Wo. Ostwald und andere mit großem Erfolg beteiligten, alle diese Forschungen haben unsere Kenntnisse auf dem umfangreichen Arbeits- gebiete der Eiweißchemie in hervorragender Weise gefördert. Angaben über Vorkommen. Hier sollen nur einzelne wichtige Befunde näher besprochen werden. Wie im Tierkörper, so liegen auch in der Pflanze die meisten Eiweißsubstanzen in kolloidalen Lösungen verschiedenen Dispersionsgrades, oder als feste Kolloide, Gele, in ver- schiedenen Quellungszuständen vor. Die Lokalisation der meisten Proteine, darunter gerade der wichtigsten in den Zellen der Blätter und Wurzeln, im Zellsafte und Cytoplasma ist leider noch so gut wie unbekannt, und die Natur der komplexen Plasmaproteine ist in keiner Richtung aufgehellt. Jene Proteinstoffe, welche notorisch (1) zu den Reservesubstanzen der Zelle gehören, sind relativ am besten bekannt. Das pflanzliche Reserve- eiweiß hat manche Analogien mit den tierischen Dotterproteinen. Diese Stoffe krystallisieren leicht, oft in der Zelle selbst, und waren die ersten krystallisierten Eiweißsubstanzen, die man überhaupt kennen gelernt hat. Über Eiweißkrystalle in Pflanzenzellen existiert eine große Literatur. Th. Hartig(2) war 1855 der Entdecker derselben. Radlkofer(3) ver- glich diese Gebilde mit richtigem Blicke mit den krystallisierten Dotter- plättchen mancher Tiere. NÄGEti(4) wollte die Phytovitelliukrystalle wegen ihrer Quellungsfähigkeit und der unvollkommenen Konstanz der Winkel als ,,Krystalloide" von den echten Krystallen unterschieden wissen. doch wies schon W. Hofmeister (5) darauf hin, daß sich diese An- sicht nicht aufrecht erhalten läßt. Manche Formen, wie die von CoHN (6) erkannten Krystalle in den äußersten Parenchymlagen der Kartoffelknolle und die in den Proteinkörnern von Ricinus sind regu- läre Krystalle, andere, wie die der Proteinkörner im Samennährgewebe von Bertholletia, Myristifea, Musa, sind hexagonal-rhomboe drisch nach ScHiMPER (7) und Zimmermann (8). Auf die zahlreichen Fälle, wo Eiweißkrystalle in verschiedenen Organen von höheren Pflanzen (9), 1) A. Meyer. Ber. bot. Ge^., 33, 373 (1915); 35, 658 (1917), faßt auch die Organeiweißstoffe des Zellplasraas als „ergastische Stoffe" auf. — 2) Th. Hartig, Botan. Ztg. (1855), p. 881. — 3) L. Radlkofer, Über Krystalle proteinartiger Körper (1869). — 4) Nägeli, Mitteil. bayr. Akad. München, 2, 220(1862); Schimper, Dissert. Straßburg 1878; Über Quellung und Gestaltändorur.g dieser foystalle; DuFouR, Dissert. Lausaune (1882). — 5) W. Hofmeister, Die Pflanzenzelle (1867), p. 395, Anm. 1. — 6) F. Cohn, Jahresber. Schles. Ges. f. vaterländ. Kultur (1859), p. 72. Zuerst gesehen wiuden sie von Bailey 1845. — 7) A. F. W. Schimper. Ztsch. Älineral. u. ICrystall, 5, 131 (1881). — 8) A. Zimmermann, Schenks Handb. d. Botan., j, II, 575 (1887). — 9) Zusamnienfassiing b. Tschirch, Angew. Pflanz.anat. (1889), p. 48; 0. Tunmann, Pflanzenmikrocliemie, Berlin 1913, p. 477; H. Molisch, Mikrochemie d. Pfl., Jena 1913, p. 327. Krystalle in rindenständ. Schleimschläuchen bei Abies: Höhnel, Sitz.ber. Wien. Ak., 84, I, 589 (1881). In jungen Kartoffel- tricben: Sorauer, Ann. d. LandwirtscL , 5/, 11. In wurzelfaulen Kartoffelpflanzen : Heinricher, Ber. botan. Ges., 9, 287 (1891). Im Parenchym v. Euphorbia splendens: Fry, Ann. of Bot., 5, 413 (1891). An Fruchtknotenplacenten in Haarzellen: Huie, La Cellule, 11, 83 (1895). In Blütenteilen verschied. Leguminosea: Baccarini, Bot. Centralbl, 65, 391 (1896). In Phytolacea: Kruch, Acc. Line. Roma (5), 5, 364 (1896). Capsicumfrucht: A. Nestler, Sitz.ber. Wien. Ak., 115, 447 (1908). Bei Farnen: Gr. Kraus, Jahrb. wiss. Botan., 8, 426. Poirault, Ann. Sei. Nat. (7), 18, 113 (1893). Cycadeen: Warming, Bot. Ztg. (1878), p. 737. Alectorolophus: A. Sperlich, Beiheft bot. Zentralbl., 21, I, 1 (1906); Nat. Rdsch. (1905), p. 618. § 1. Einleitung, Vorkommen pflanzlicher Eiweißßtoffe. 5 Algen (1) und Pilzen (2) beschrieben wurden, kann hier nicht näher ein- gegangen werden. Erwähnt sei das bemerkenswerte und häufige Vor- kommen von El weißkry stallen in Zellkernen (3), wo sie gleichfalls Reserve- materialien darstellen, ferner sei auf Beobachtungen über Phytovitellin- krystalle in Chlorophyllkörnern und Leucoplasten (4) hingewiesen. Den Einfluß reichhcher Stickstoffzufuhr auf eine reichliche Ablagerung solcher Ktystalle von Eiweiß hat Stock (5) festgestellt. Nicht bekannt ist es, in welchem Verhältnis die manchmal in Menge vorkommenden spindelförmigen oder anders geformten aber nicht krystalli- sierten, augenscheinhch aus Eiweiß bestehenden Zellinhaltskörper (6) zu den Eiweißkrystallen stehen. Nach den vorliegenden Untersuchungen scheint es, als ob auch diese Zellkontenta Reservematerialien darstellen würden. Die Ei weißkry stalle lassen sich aus ihrer Lösung in Mineralsalz- lösung wieder krystalUsiert zurückgewinnen, wie zuerst Maschke (7) gezeigt hat, und spätere nach besseren Methoden angestellte Versuche von Schmiedeberg, Drechsel und Grübler (8) ergeben haben. Es ist möglich, daß im Organismus Eiweißstoffe mit nichteiw§iß- artigen Substanzen chemisch gebunden vorkommen. So hat man be- hauptet, daß Lecithin-Eiweißverbindungen, die „Lecithalbumine" von Liebermann (9), in der Zelle existieren; dieselben sollen Stoffe von stark saurem Charakter sein. Nerking(IO) hat Fett-Eiweißverbindungen an- genommen, was von Posner undGiEs(ll) wieder in Abrede gestellt worden ist. Jedenfalls ist es schwierig, Adsorptionsverbindungen und chemische Verbindungen bei Eiweißkörpern zu unterscheiden. Es ist sicher zuzugeben, daß man bei der Darstellung der Zellproteide meist nicht die unzersetzten nativen Stoffe erhält, und wir sind gewiß noch weit davon entfernt, die Eigenschaften des Zelleiweiß zutreffend beurteilen zu können. Doch wird man trotzdem die von manchen Forschern Färbung: A. Zimmermann, Ber. botan. Ges., 8, p. (47) (1890); Ztsch. wiss. Mikr., 10, 211 (1893). Convolvulus: Borzi, Just (1894), I, 433. In Haaren: Kallen, Flora (1882), p. 65. ScHENCK, Dissert. Über centrifugale Wandverdick. gen, Bonn (1884). Verhalten b. Karyokinese. Zimmermann, Beitr. Morph, u. Physiol. d. Pfl.zelle, Heft 2 (1891). Zusammenfassung H. Molisch, Mikrochemie (1913),' p. 327. 1) Bei Florideen. Acetabularia, Codium: J. Klein, Flora (1877), p. 289. Just, Jahresber. (1879), I, 11; Flora (1880), Nr. 5. Wakker, Just Jahresber. (1886), I, 25. Berthold, Protoplasmamechanik (1886), p. 57. Leitgeb, Sitz.ber. Wien. Ak., 96, 13 (1887). Wakker, Jahrb. wiss. Botan., 19, 423 (1888). Bruns, Ber. bot. Ges., 12, 178 (1894). — 2) Sporangienstiele von Mucorineen: J. Klein, Jahrb. wiss. Botan., 8, 305. Tieghem, Ann. Sei. Nat. (6), 5, 32. Basidiomyceten: Ch. van Bambeke, Bull. Ac. Roy. Belg. (1902), Nr. 4, p. 227. — 3) Sehr leicht zu sehen in der Perigonepidermis von Albucaarten: Raciborski, Flora (1897), p. 75. Zuerst wurden Zellkernkrystalle von Radlkofer bei tathraea nachgewiesen, bei Pinguicula und Utricularia durch J. Klein, Cohns Beitr. z. Biol., 3, 163 (1880); Russow, Dorpater Nat.forsch. Ges. (1880); Pujiula, Bol. Espan. Bio!., 6, 107 (1916). Im Torus von Pirola: Raunkjär, Just Jahresber. (1882), I, 409; (1883), I, 160. Sty- lidium: Raunkjär, Bot. Centralbl., 30, 236 (1887). Hyacinthus: Leitgeb, Mitteil, bot. Inst. Graz, p. 115. — 4) Schimper, Botan. Ztg. (1883), p. 809; Jahrb. wiss. Botan., j6, 1; Zimmermann, 1. c. (1891). H. Molisch, 1. c. 339. — 5) G. Stock, Cohns B'itr. z. Biol., 6, 213 (1892). — 6) Vgl. H. Molisch, 1. c, p. 327. J. Gickl- HORN, Österr. bot. Ztsch., 63, 8 (1913). Auch J. Politis, Atti Acc. Line, 20, 343 (1911). — 7) 0. Maschke, Journ. prakt. Chem., 74, 436 (1858); Bot. Ztg. (1859), p. 441. R. Sachsse, Sitz. Nat.forsch. Ges., Leipzig, 3, 23 (1876). — 8) 0. Schmiede- berg, Ztsch. physiol. Chem., i, 205 (1877). E. Drechsel, Journ. prakt. Chem., 19, 331 (1879). G. Grübler, Ebenda, 23, 97 (1881). Ritthausen, Ebenda, p. 481. — 9) L. LiEBFRMANN, Pflüg. Arch., 34, 573 (1893). — 10) J. Nerking, Ebenda, 85, 330 (1901). — 11) R. Posner u. Gies, Amer. Journ. of Physiol., 7, 331 (1902). Q Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzi. Proteinstoffe. geäußerten Ideen über „lebendes Eiweiß", die weit über das Gebiet der exakten Experimental Wissenschaft hinausgehen (1), auch heute schon entschieden ablehnen dürfen. §2. Die physikalischen Eigenschaften der Eiweißstoffe. Krystallisatioji. Bis in die neuere Zeit waren nebst den tierischen Dotterplättchen und dem Hämoglobin die Phytovitelline die einzigen bekannten krystallisierten Eiweißstoffe, und erst 1889 gelang es Hof- meister (2) zu beweisen, daß man das Ovalbumin aus Hühnerei durch langsame Konzentrierung der in halbgesättigter Ammoniumsulfatlösung gelösten Substanz schließlich in schön krystallisierter Abscheidung ge- winnen kann. Oft kommt man schneller und sicherer zum Ziele, wenn man nach dem Vorgange von Hopkins und Pinkus (3) die Aramonium- sulfatfällung durch einen geringen Zusatz von Essigsäure einleitet. Auf die Grewinnung krystallisierter pflanzlicher Eiweißsubstanzen, die nicht schon in natürlichen Krystallen bekannt sind, hat dieses Verfahren noch nicht Anwendung gefunden (4). Das Ovalbumin ist nach Wichmann (5) isomorph mit dem Serumalbumin des Blutes und dem Lactalbumin aus Milch, die nach demselben Verfahren krystallisiert darzustellen waren. Durch Aussalzen mit Ammoniuhisulfat ist es Molisch (6) gelungen, die Chromat ophorenfarbstoffe der Florideen und Blaualgen, die Phyco- erythrine und Phycocyanine, in Krystallen zur Abscheidung zu bringen. Sie krystallisieren interessanterweise ebenso leicht, wie der Blutfarbstoff der Tiere, das Hämoglobin, mit dem sie vielleicht auch chemisch näher verwandt sein mögen, als wir heute sagen können. Unsicher sind manche Angaben über krystallisierende Peptone und Proteosen. Die Methodik der Herstellung künstlicher Eiweißkrystalle hat Fr. N. Schulz (7) kritisch zusammenfassend behandelt. Man hat mit Recht oft darauf hingewiesen, daß dieselbe bei der Beschaffung einheitlichen reinen Untersuchungsmateriais, vorausgesetzt, daß man oftmals umkrystallisiert, große Bedeutung besitzt. Doch darf man nicht vergessen, daß die Adsorp- tions- und Quellungsvorgänge bei den Eiweißkrystallen sehr in Betracht kommen, wie Gürber(8) meint, auch chemische Verbindungen mit der Säure des verwendeten Salzes, so daß krystallisiertes Eiweiß nicht dieselbe Gewähr fiir absolute Reinheit bietet, wie anderes umkrystallisiertes Material. 1) Z. B. 0. LoEW, Science, ii, 930 (1900). — 2) Fr. Hofmeister, Ztsch. physiol. ehem., 14, 163 (1889); 16, 187 (1891); Gabriel, Ebenda, 15, 456 (1891). BoNDZYNSKi u. ZoJA, 19, 1 (1894). MoRACZEWSKi, Ebenda, 21, 71 (1895); 25, 262 (1898). GüRBER, Sitz.ber. Würzburg. phys. med. Ges. (1894), p. 142; (1896), p. 117. Krieger, Diss. Straßburg (1899). Fr. N. Schulz, Ztschr. physiol. Chem., 29, 86 (1899). Panormoff, Bull. Soc. Chim. (3), 18, 696 (1897). Worms, Maximowitsch, Chem. Zentr. (1901), II, 1229. Reichert, Amer. Jöurn. of Physiol., 9, 97 (1903). M. CoHN, Ztsch. physiol. Chem., 43., 41 (1904). E. G. Willcock, Journ. of Physiol., 37, 27 (1908). C. Jnagaki, Biochem. Zentr., 4, Ref. Nr. 1452. Die Physikochemie der künstlichen Eiweißkrystallisation behandelt ausführlich Sörensen u. Höyrup, Ztsch. physiol. Chem. 103, 15 (1918). C. r. Carlsberg, 12, 1 (1917). — 3) Hop- kins u. Pinkus, Jöurn. of Physiol. 23, 130 (1898). — 4) Vgl. z. B. Gabriel 1. c, Das von Rümpler, Ber. chem. Ges., 35, 4162 (1902) angegebene Verfahren dürfte hierbei gute Dienste leisten. — 5) Wichmann, Ztsch. physiol. Chem., 27, 575 (1899). A. Oswald, Ztsch. physiol. Chem., 95, 102 (1915). — 6) H. Molisch, Botan. Ztg. (1894), p. 177; (1895), p. 131. — 7) Fr. N. Schulz, Krystallisation von Eiweiß- stoffen (1901); Abderhaldens Handb. biochem. Arb.method., 2, 335 (1909). — 8) A. Gürber, Zentr. Physiol., 19, 314 (1906). § 2. Die physikalischen Eigenschaften der Eiweißstoffe. 7 Auch die natürlichen Eiweißkryätalle bergen nach Schimper (1) vielleicht eingeschlossene Beimengungen, indem bei Einwirkung von Glycerin ein Teil in Lösung geht, ein Teil jedoch als festes Skelett vom Lichtbrechungs- Termögen des Wassers zurückbleibt. Kolloidchemie der Eiweißkörper. Die bisher gesammelten Kenntnisse (2) betreffen so gut wie ausschließlich tierische Proteinstoffe, doch darf man weitaus das meiste mit großer Sicherheit auch auf die pflanzlichen Eiweißstoffe übertragen, so daß es im nachfolgenden nicht immer ausdrücklich betont ist, daß pflanzliche Proteine für die betreffen- den Befunde noch näher zu prüfen wären. Man kennt Proteine in allen kolloiden Zustandsformen, als Gele, Emulsoide und Suspensoide, doch spielen im Eiweiß der lebenden Zelle die emulsoiden Eiweißsole weitaus che bedeutendste Rolle. Bei der großen Schwierigkeit wirklich reine Eiweißlösungen zu erhalten, darf es nicht wunder nehmen, daß man noch nicht weiß, welchen Anteil Eiweißsuspensoide an der Zusammen- setzung nativer Proteinmischungen, oder selbst an dem kolloiden Charakter künstlich hergestellter Eiweißlösungen nehmen. Die ultramikroskopisch sichtbaren Partikel mögen meist nicht dem Hauptbestandteil der Lösung, ja selbst andersartigen Verunreinigungen angehört haben. An künstlich hergestellten Suspensionsproteinen hat Heard (3) die Fällbarkeit durch kleine Elektrolytmengen und Bottazzi (4) Oberflächen- spannung und Viscosität geprüft. Man darf sagen, daß reine Eiweißsuspen- soide, so wie alle anderen echten Suspensoide sich bezüglich Oberflächen- spannung von Wasser nicht unterscheiden, somit daß alle oberflächenaktiven Eiweißlösungen emulsoidartiger Natur sind. Ramsden (5) stellte mittels Harnstoffzusatzes Proteinlösungen von stetig variierendem Dispersitätsgrad her. Ultrafiltrationsversuche hat BuRlAN (6) angestellt. Bei den Eiweißsolen tritt stets der ausgeprägt hydrophile Charakter hervor, die „Solvatbildung" (Pauli) mit dem wässerigen Lösungsmittel. Doch hängt der Grad der Hydrophilie sehr von der Natur der Proteine, von den gleichzeitig anwesenden Stoffen, von der Temperatur und anderen Einflüssen ab. Dichte und Lösungsvolum einiger Proteinlösungen im Vergleiche zu den festen Proteinen untersuchten Chick und Martin (7) mit dem Er- gebnisse, daß sich aus der Lösung eine um 5—8% geringere Dichte berechnet, als aus dem festen Eiweiß, was auf eine entsprechende Volumkontraktion beim Auflösen hindeutet. Man darf dies der bekannten Verkleinerung des Gesamtvolums von quellbaren Stoffen und Lösungsmittel bei der Quellung zur Seite stellen. Schon bei der Untersuchung der Oberflächenspannungs- verhältnisse von Eiweißlösungen, die in neuerer Zeit besonders durch Bot- tazzi (8) untersucht worden sind, macht sich der beirrende Einfluß von Verunreinigungen sehr geltend, und es spielen nicht nur kleine Mengen 1) Schimper, Nägeli, 1. c; Pfeffer, Jahrb. wiss. Bot., 8 (1872) dachte an eine chemische Spaltung durch Glycerin, die Frage ist aber noch unentschieden. — 2) Vgl. Handovsky, Fortschritte i. d. Koll.chem. d. Eiweißstoffe, Dresden 1911; W. Pauli, Fortschritte d. naturwiss. Forsch., her.geg. von Abderhalden, Bd. IV, p. 223 (1912); T. Br. Robertson, Die physikal. Chemie d. Proteine, Dresden 1912. — 3) W. N. Heard, Journ. of Physiol., 45, 27 (1912). — 4) F. Bottazzi u. E. d'Agostino, Acc. Line. Rom. (6), 22, II, 183 (1913). — 5) W. Ramsden u. N. Chavasse, KolI.Ztsch., 12, 250 (1913\ — 6) R. Burian, Archiv, di Fisiol., 7, 421 (1910). — 7) H. Chick u. Ch. J. Martin. KolI.Ztsch., 12, 69 (1913). Biochem. Journ.. 7, 92 (1913). — 8) F. Bottazzi, Atti Acc. Line. Rom. (5), 21, II, 221 (1912); Bottazzi u. d'Agostino, Ebenda, p. 561; Aich. ital. Biol., 59, 28 (1913). 8 Zweinnddreißigetes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe, oberflächenaktiver Stoffe wie sonst eine störende Rolle, sondern auch die Änderung des lyophilen Charakters der Proteine bei Gegenwart von Salzen, Säuren und Laugen. Eiweißlösungen zeigen sehr häufig eine geringere Ober- flächenspannung als Wasser, doch geht die Erniedrigung der Oberflächen- spannung nach eigenen Erfahrungen nie bis auf zwei Drittel des Wasser- wertes herab, wie konzentrierte Neutralfettemulsionen sie bedingen. Ber- czeller(I) will aus den von ihm beobachteten stalagmometrischen Diffe- renzen bei der Hitzekoagulation auf chemische (hydrolytische) Verände- rungen bei diesem Vorgange schließen. Nach Rona und Michaelis (2) ändert sich auch bei enzjinatischer Hydrolyse die Oberflächenspannung der Eiweißlösung. Die Diffusion von Eiweißlösungen vollzieht sich im Vergleiche zu Elektrolyten sehr langsam. Robertson (3) fand, daß anfangs die Ge- schwindigkeit allerdings relativ groß ist, sich jedoch allmählich in exponen- tieller Form verlangsamt. Sutherland (4) berechnet aus der Diffusions- geschwindigkeit von Eiweiß für Albumin das Molekulargewicht 32814. Der osmotische Druck einer Ovalbuminlösung von gegebener Zusammen- setzung ist nach den genaueren Versuchen von Sörensen (5) eine unver- änderliche Größe. Aus den erhaltenen Werten wurde eine Molekulargröße von etwa 34000 berechnet; die durch anderweitige Methoden ermittelte Zahl von 380 N- Atomen pro Molekül wurde dabei mit berücksichtigt, van der Feen (6) fand für eine l%ige Albuminlösung einen Druck von 9,28 cm Hg; das Molekulargewicht berechnet er zu 26200. Wenn Robertson und Burnett (7) aus der Gefrierpunktdepression von in Wasser gelöstem Caseinat das Molekulargewicht 1400 ableiten, so darf man wohl sicher sein, daß dieser Wert weitaus zu niedrig liegt. Viele Widersprüche in den früheren Angaben über das elektrische Ver- halten von Eiweißsolen, die Beeinflussung der Eiweißlösungen durch Salze usw., sind erst in befriedigender Weise geklärt worden, als man durch die Versuche Paulis (8) die Eigenschaften möglichst elektrolytfrei gemachten Eiweißes kennen lernte. Wenn man auch durch Ausfrierenlassen (9) und andere Mittel elektrolytarme Lösungen von stark verminderter Leitfähigkeit erhält, so ist es erst durch wochenlange und monatelange aseptische Dialyse von Eiweißlösung gegen reinstes destilliertes Wasser möglich gewesen, den Einfluß der Anwesenheit von Elektrolyten hinreichend weit auszuschalten. Obwohl solche Eiweißlösungen beim Kochen oder durch Alkoholzusatz aus- gezeichnet koagulieren, so sind doch eine Reihe von Eigenschaften verloren gegangen, die sonst typisch in allen Eiweißlösungen vorhanden sind. Das nach Pauli hergestellte elektrolytarme Serumalbumin zeigt praktisch keine Kataphorese im elektrischen Feld, und man kann annehmen, daß darin fast nur ungeladene oder elektrisch neutrale Teilchen vorhanden sind, indem 1) L. Berczeller, Biochem. Ztsch., 53, 215, 232 (1913). — 2) P. Rona u. L. Michaelis, Ebenda, 41, 165 (1912). — 3) T. B. Robertson, Pflüg. Arch., 152, 524 (1913). — 4) W. Sutherland, Phil. Mag. (6), 9, 781 (1905). — 5) Neuere Versuche über osmot. Druck von Eiweißlösung: H. E. Roaf, Quart. Journ. Exp. Physiol. (1910), III, 171; B. Moore, Roaf u. A. Webster, Biochem. Journ., 6, 110 (1912); Sörensen u. Höyrup, C. r. Carlsberg,, 12, '1 (1917); Ztsch. physiol. ehem., 106, 1 (1919). — 6) F. van der Feen, Chem. Weeklbl., 13, 410 (1916). Für Gelatine: W. Biltz, Ztsch. physik. Chem., 91, 705 (1914). - 7) T. Br. Robertson u. Burnett, Journ. biol. Chem., 6, 105 (1909). — 8) W. Pauli, Hof meist. Beitr., 7, 531 (1905); Naturwiss. Rdsch., 21, 3 (1906); Pflüg. Arch., 136, 483 (1910). Dialysierverf ahren : E. Zunz, Abderhald. Handb. biochem. Arb.meth., 3, 165 (1910). — 9) Vgl. Ch. Dhäre u. Gorgolewski, Compt. rend., 150, 934 u. 998 (1910), Journ. de Physiol., jj, 157 u. 167 (1911). § 2. Die physikalischen Eigenschaften der Eiweißstoffe. 9 sich das reine Eiweiß wie eine sehr schwache Aminosäure vermöge seines Gehaltes an freien COOH und NHg-Gruppen verhält, die fast nur nicht dissoziierte Molekel, daneben sehr wenige H'-Ionen und noch weniger OH'- lonen als amphoterer Elektrolyt liefert. Fügt man ein wenig Säure hinzu, so nimmt das Eiweiß positive Ladung an, liefert also, da es zur Kathode wandert, Kationen. Bei Gegenwart von Laugen wii-d das Eiweiß hingegen negativ geladen und erhält anodischen VVanderungssinn. Hinzufügen von Neutralsalz erteilt dem Eiweiß keine elektrische Ladung. Nur die nicht neu- tralen Salze wirken den Säuren und Basen entsprechend, je nach ihrer sauren oder basischen Natur. Pauli fand auch die wichtige Tatsache, daß elektro- lytarmes Eiweiß durch Zink, Kupfer, Quecksilber, Eisen und Bleisalze gar nicht, durch Silber und Uransalze nur sehr schwach gefällt wird. Nur die konzentrierten Schwermetallsalzlösungen fällen auch hier. Heard (1) schreibt den Bicarbonaten unter den wegdialysierten Salzen die Haupt- wirkung beim Zustandekommen der Schwermetallfällungen zu. Elektrolytarmes oder elektroneutrales Eiweiß wird nicht nur durch Alkohol, sondern auch durch die Eiweißreagentien Essigsäure-Ferrocyan- kali, Phosphorwolfram- und Phosphormolybdänsäure gefällt. Dies beruht auf der positiven Aufladung durch die zugesetzte Säure und die Aus- fällung durch das aus der Säure entstehende kolloidale Anion. Um- gekehrt können die Schwermetallsalze nicht fällen, weil nur ihr hydro- lytisch abgespaltenes Hydroxyd mit positiver Aufladung der wirksame Stoff ist, und dieser nur auf entgegengesetzt geladene Kolloide fällend wirksam sein kann, nicht aber auf elektroneutrale Stoffe. Da nach den anderwärts mitgeteilten und begründeten Theorien von Hardy und Bredig isoelek- trischer Zustand und Minimum der berührenden Oberflächen zusammen- fallen, so wird man erwarten dürfen, daß beim elektroneutralen Eiweiß sich die Abtrennung des Kolloids aus der Lösung leichter vollziehen wird, als bei elektrisch geladenem Eiweiß. In der Tat fällt Alkohol nach Pauli das durch Säure oder Laugezusatz geladene Eiweiß bedeutend weniger als das elektroneutrale. Es hat sich auch in den Untersuchungen von Michae- lis (2) und von Chick und Martin (3) herausgestellt, daß das Flockungs- optimum von Eiweiß wesentlich mit dem isoelektrischen Punkte zusammen- fällt. Für Casein fanden Michaelis und Pechstein den isoelektrischen Punkt durch die Überführungsmethode bei 2,5 • 10"^, für das Flockungsoptimum 2,4 . 10-5. Für Gliadin fanden Michaelis und Rona(4) 6 • lO-i", für Ede- stin 1,3 • 10-'''. Die Abweichungen, welche Sörensen und Jürgensen (5) für die Lage von isoelektrischem Punkt und Flockungsoptimum durch Säure beim Serumalbumin fanden, sind wohl durch Säureverbrauch in chemischen Umsetzungen vor dem Ausfällen zu erklären. Nach Pauli und Matula (6) fällt auch für die Alkoholfällung Fällungsoptimum und isoelektrischer Punkt zusammen. Da nun für Quellung, Hitzekoagulation und Alkohol- fällung ein Maximum der Dehydratation im isoelektrischen Punkte zu er- kennen war, so vermutete Pauli, daß auch viscosimetrisch der Punkt der Elektroneutralität ein besonderes Verhalten zeigen muß, und konnte in der Tat finden, daß Minimum der Viscosität und isoelektrischer Punkt zu- 1) W. N. Heard, Jouin. of Fhvsiol., 46, 104 (1913). — 2^ L. Michaelis, Biochem. Ztsch., 47, 250 u. 260 (1912).'— 3) H. Cmck u. Martin, Biochem. Journ., 7, 380 (1913). — 4) P. Rona u. Michaelis, Biochem. Ztsch., 28, 193 (1910). — 5) S. P. Sörensen u. E. Jürgensen, Ebenda, 31, 397 (1911). — 6) W. Paul^ Koll. Ztsch., 12, 223 (1913). 10 Zweiunddreißigstes Kapitel : Die physik. u. ehem. Eigensch. pfianzl. Proteinstoffe. sammenfailen. So ist es möglich, durch das Viscosrmeter den elektrischen Zustand von Eiweißlösungen zu kontrollieren (1). In salzhaltigen Flüssigkeiten hat das elektroneutrale Eiweiß andere Kolloideigenschaften als in reinem Wasser. Dabei sind konzentrierte Salz- lösungen wieder von anderer Wirkung wie verdünnte. Osborne und Har- ris (2) zeigten, daß Edestin durch konzentrierte Salzlösung gelöst wird und aus dieser Lösung beim Verdünnen mit Wasser wieder ausfällt. Hin- gegen erhält man bei geringem Salzgehalt Edestinlösungen, welche beim Verdünnen mit Wasser keinen Niederschlag geben. Pauli (3), später LoEB (4) wurden darauf aufmerksam, daß verdünnte Salzlösungen die in reinem Wasser unlöslichen Globuline wohl nur vermöge ihrer Ionisierung zu lösen verpiögen, da Nichtelektrolyte, wie Zucker die gleiche Wii'kung der Lösung nicht besitzen. Es ist in der Tat wahrscheinlich, daß es sich um lonenadsorption handelt, da Pauli (5) fand, daß die Hemmung der Hitze- koagulation durch Neutralsalze, die man als ein Maß der Bindung der Elektro- lyte an das Eiweiß ansehen kann, sich durch graphische Darstellungen aus- drücken läßt, welche vollkommen den Exponentialkurven entsprechen, die man sonst bei Adsorptionsvorgängen gewinnt, und welche logarithmiert durch Gerade dargestellt werden können. Da in den Eiweißkörpern gleich- zeitig nach dem Schema NHg • E • GOOH elektropositive und negative Gruppen zugegen sind, das Eiweiß also eine amphotere Substanz ist, so können gleichzeitig Anionen und Kationen der Salze adsorptiv gebunden werden. Robertson (6) nimmt an, daß die Ionen von Säuren und Basen durch die Kondensationsgruppe .GOH • N.' des Eiweiß gebunden werden, und die bei saurer Reaktion gebildeten Salzeiweißkomplexe hydrolytisch unter Bildung eines unlöslichen Komplexes dissociiert seien. Nach Pauli und Brüll wird durch geringe Saizmengen nicht allein der Hitzekoagula- tionspunkt von Eiweiß im elektroneutralen Zustand erhöht, sondern auch die Fällbarkeit durch Alkohol entsprechend herabgesetzt, während Non- elektrolyte wie Zucker hier gleichfalls unwirksam sind. Der Adsorptions- komplex Eiweiß — Salzionen ist also in jeder Hinsicht beständiger in seinen kolloiden Eigenschaften als das elektroneutrale Eiweiß (7). Solche Eiweiß- Ionenverbindungen müssen daher in der Zelle von fundamentaler Bedeutung sein. Seit Heynsius (8) und Kühne (9) im Ammoniumsulfat ein äußerst wirksames Fällungsmittel für Eiweiß entdeckten, spielen die Niederschläge von Eiweiß mit konzentrierteren Salzlösungen bei den „Aussalzungs- methoden" der Eiweißchemie eine wichtige Rolle, vor allem deshalb, weil man erkannte, daß es sich um vollkommen reversible Vorgänge handelt, und man durch Lösen des Niederschlages das ursprüngliche Eiweiß ohne Veränderung seiner Eigenschaften wieder erhalten kann. Hofmeister und 1) Viscosität von Ei weiß- Solen: H. Chick u. E. Lubrzynska, Biochem. Jouin., 8, 59 (1914); Chick, Ebenda, p. 261; Gazzetti, Arch. di FisioL, 12, 309 (1914).— 2) Th. B. Osborne u. J. F. Harris, Amer. Journ. of Physiol., 14, 151 (1906). — 3) W. Pauli, Pflüg. Arch., 78, 315 (1899). — 4) J. Loeb, Dynamik der Lebens- erscheinungen, Leipzig 1906; vd. Salslös.gen u. Casein: S. Ryd., Ztsch. Elektrochem., 23, 19 (1917). — 5) Wo. Pauli, KoU. Ztsch., 3, 2 (1908). —6) T. Br. Robertson, Journ. biol. Chem., 9, 303 (1911); Ergebn. d. Physiol., 10, 216 (1910). — 7) Vgl. auch W. B. Hardy, Journ. of Physiol., 33, 251 (1905). — 8) A. Heynsius, Püüg. Arch., 34, 330 (1885). — 9) W. Kühne, Verhandl. nat.med. Vereins Heidelberg, 3, 286 (1886). Für praktische Zwecke empfiehlt sich auch wasserfreies Na, SO^ : Pinkus, Journ. of Physiol, 27, 57 (1901). § 2. Die physikalischen Eigenschaften der Eiweißstoffe. H Lewith (1) verdankt man die wissenschaftlichen Grundlagen der „Neutral- salzwirkungen" auf Eiweiß. Es wurde festgestellt, daß die Konzentration, bei welcher ein Salz einen Eiweißstoff zu fällen beginnt, ebenso charakte- ristisch für den Eiweißstoff ist, wie etwa der Löslichkeitsgrad für einen krystallisierten Körper. Bei zahlenmäßigen Angaben führt man die Zahl der Kubikzentimeter einer kaltgesättigten Lösung an, welche in 10 ccm Eiweiß, Salz und Wasser vorhanden sein muß, damit die Ausscheidung beginnt bzw. vollendet ist. Osborne und Harris (2) haben für eine größere Zahl von Reserveproteiden aus Samen in ähnlicher Weise die Fällungs- grenzen gegen Ammoniumsulfat ermittelt. Hier ist auch näher ausgeführt, wie man genaue Kautelen zur Einhaltung bestimmter Versuchsbedingungen zu nehmen hat. Die umfassenden Versuche Hofmeisters lehrten gleich- zeitig, daß nicht alle Neutralsalze in gleicher Intensität fällend wirksam sind. Im allgemeinen waren allerdings die Salze einbasischer Säuren und einwertiger Basen sowohl auf Eiweiß als auf Eisenhydroxydkolloid und Ölseife in äquimolarer Lösung annähernd gleichgut wirksam. Die Wirkung der Salzionen erkannte Hofmeister bereits als additiv für die Wirkung der Salze. Pauli (3) hat hierauf diese Erfahrungen wesentlich erweitert und geordnet dargestellt. Die sich ergebenden Reihen von Anionen und Kationen sind nach der Wirkungsstärke von links nach rechts bzw. von oben nach unten geordnet folgende: (n.u. = nicht untersucht): Kationen mit abnehmender Stärke fällend Mg NH^ K Na Li Anionen mit abnehmender Stärke fällend Fluoride n.u. + + + n.u. Sulfate + + + + + Phosphate n.u. -H + + n.u. Citrate n.u. + + + n.u. Tartrate n.u. + + + n.u. Acetate — - + + n.u. Chloride - - + + + Nitrate - - - + + Chlorate n.u. - — + n.u. Bromide — — — — + Jodide n.u. _ _ — n.u. Rhodanide. — — — — n.u. Die Anionen teilen sich nach diesem Verhalten in mehrere Gruppen von verschiedenen starkem Fällungsvermögen. Die Chloride, Bromide und Nitrate (der Alkalisalze) hemmen die Koagulation zwischen den Kon- zentrationen 2—5 • normal, Fluoride, Sulfate, Citrate und Acetate hemmen schon bei 1—3 • normal, hingegen ist bei Rhodaniden und Jodiden die Wir- kung nur innerhalb der Konzentrationen 1 • n bis 2 • n den anderen Salzen 1) S. Lewith, Arch. exp. Pathol., 24, 1; Fr. Hofmeister, Ebenda,, p. 247 (1888); 25, 1 (1888). Fraktionierte Eiweißfällg.: Effront, Monit. scient., 16, 241 (1902). — 2) Th. B. Osborne u. J. F. Harris, Journ. Amer. Chem. Soc, 25, 837 (1903); Amer. Journ. Physiol., 13, 436 (1905). FürCasein: M. Liebert, Diss. Stutt- gart 1912; Ovalbumin: G. Guekbini, Ztsch. physiol. Chem., 47, 287 (1906). Glo- bulinfällung: W. Sutherland, Proc. Roy. Soc, 79, B, 130 (1907); Technik des Aus- salzens: H. C. Haslam, Zentr. Physiol. (1905), p. 362. Über die Bedingungen der Löslichkeit von Globulin in MgSO^ vgl. G. Galeotti, Ztsch. physiol. Chem., 48, 473 (1906); V. ScAFFiDi, Ebenda, 52, 42 (1907). Ultramikroskop. Beobacht. üb. Salz- wirkung: Ph. Russe, Soc. Biol., 68, 716 (1910). — 3) Wo. Pauli, Hof meist. Beitr., 3, 225 (1903). Th. Oryng u. Pauli, Biochem. Ztschr., 70, 368 (1916). Pauli, Veröff. Zentr. Stelle Baineolog., 3, 13 (1916). 12 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. vergleichbar, und oberhalb dieser Konzentrationen ist die Hemmung der Eiweißfällung so stark, daß eine Hitzekoagulation nicht mehr möglich ist. Wenn man die Kationen betrachtet, so bilden NH4, Na, K und Mg eine Gruppe mit langsamem Anstieg der Koagulationshemmung oberhalb 1 • n, während Li, Ca, Sr, Ba eine weitere Gruppe bilden, die ein deutliches Maxi- mum der Koagulationstemperatur bei 1 • n, bzw. 0,5 • n erzeugen, darüber hinaus aber eine Erniedrigung derselben mit steigendem Salzgehalte (Pauli). Daß es sich beim Rhodanid um eine Hemmung der Koagulation und nicht um irreversible Veränderungen des Eiweiß handelt, folgt nach Pauli daraus, daß eine mit Alkalirhodanid gekochte und dann ausdialysierte Eiweiß- lösung schließlich eine starke Ausflockung zeigte. Analoge Ergebnisse erhielten Vandevelde und Bosmans(I) für die Entwässerung von Gluten durch gesättigte Salzlösungen, wo Sulfate am stärksten wirken. Daß bei der Neutralsalzfällung keinerlei Veränderungen des Eiweiß stattfinden, wird durch die Erfahrung Herlitzkas (2) erhärtet, wonach, diese Vorgänge von keiner meßbaren Wärmetönung begleitet sind. Der Vorgang besteht darin, daß sich eine eiweißreiche wasserarme Phase von einer eiweißarmen, wasserreichen Phase trennt (3), und jedenfalls werden, hier die Adsorptionsvorgänge von Löslichkeitsveränderung'en, ,,lyotropea Vorgängen" im Sinne Freundlichs, mit steigender Salzkonzentration verdeckt. Ganz entsprechende Salzwirkungcn sind von anderen Löslichkeits- beeinflussungen (Rothmund) (4) und der Salzwirkung auf Esterverseif ung bekannt. Bei letzterer kehrt sellsst die beim Eiweiß zu beobachtende Eigen- tümlichkeit wieder, daß bei Herstellung von saurer Reaktion die lonen- fällungsreihe sich umkehrt (5). Für das Eiweiß wurde die letztere Eigen- tümlichkeit im Anschluß an Hardy durch Postern ak und Pauli auf- gedeckt (6). Die Veränderungen beim Aussalzen betreffen also in erster Linie das Lösungsmittel. Doch werden wir nicht, wie es bei Spiro (7) sich findet, diese Beziehungen als die einzigen Vorgänge hinzustellen haben, sondern müssen im Anschlüsse an die zuerst von Bayliss (8) begründeten Anschauungen auch den Adsorptionsvorgängen bei der Salzbindung an Eiweiß eine Bedeutung zuerkennen, die allerdings nur bei verdünnten Salzen rein hervortritt. Durch Zusatz von Säuren oder Alkalien gewinnt das elektroneutrale Eiweiß, wie gleichfalls aus den Arbeiten von Pauli klar hervorgeht, ganz andere Eigenschaften, die wir dem „ionisierten Eiweiß" zuschreiben müssen. Daß hierbei die zugesetzten Ionen gebunden werden, geht aus dar durch die Leitfähigkeitsabnahme nachzuweisenden Konzentrations- abnahme der zugesetzten Säuren odet Alkalien hervor, die innerhalb ge- wisser KonzentratioAen so weit gehen kann, daß bei HCl-Zusatz nahezu sämtliche H--Ionen gebunden werden (9). Dabei gewinnt das Eiweiß, wie 1) A. J. Vandevelde u. L. Bosmans, Bull. Soc. Chim. Belg., 26, 249 (1912); Kon. Vlaamsche Acad. 1912, p. 73. — 2) A. Herlitzka, Biochem. Ztsch., 11, 481 (1908). — 3) Vgl. H. Chick u. Ch. Martin, Biochem. Journ., 7, 380 (1913). — 4) V. Rothmund, Ztsch. physikal. Chem., 33, 401 (1900). — 5) R. Höber, Hof meist. Beitr., jj, 35 (1907). — 6) S. Posternak, Ann. Inst. Pasteur, 15, 85 (1901); Wo. Pauli, Hofmeist. Beitr., 5, 27 (1903); Hardy, Ztschr. physik. Chem., 33, 391 (1900). — 7) K. Spiro, Hofmeist. Beitr., 4, 300 (1903). — 8) W. M. Bayliss, Biochem. Journ., i, IIb (1906). Vgl. auch Fr. Simon, Ztsch. physiol. Chem., 66, 70 (1910), ferner K. Manabe u. J. Matula, Biochem. Ztsch., 52,400(1913). Koagu- lation durch Elektrolyte : Bancroft, Jouin. of Physic. Chem., 79, 349 (1915). — 9) Lit. Sjöqvist, Skand. Arch. Physiol., 5, 277 (1894); 6, 255 (1895). Bugarsky u. Lieber- mann, Pflüg. Arch., 72, 51 (1898). Manabe u. Matula, 1. c. (1913). § 2. Die physikalischen Eigenschaften der Eiweißstoffe. 13 Kataphoreseversuche zeigeni, bei Säurezusatz elektropositive Eigenschaften, während es bei Alkalizusatz anodische Konvection aufweist. Die Wande- rungsgeschwindigkeit usw. wurde besonders an Globulin und Casein wieder- holt genau studiert (1). Über einen gewissen Zusatz von Säure hinaus findet natürlich Herabsetzung der Ionisierung des Eiweißsalzes statt und das lonisationsmaximum ist überschritten. Säure- und Alkalleiweißbildung werden erfahrungsgemäß sehr leicht irreversibel und nur bei geringen Zu- sätzen, kurzer Einwirkungszeit und niederer Temperatur läßt sich durch Dialyse das unveränderte Eiw^eiß wiedererhalten. Für Weizengluten haben Wood und Hardy (2) den Übergang in elektropositives und elektronega- tives Eiweiß durch Zusatz von H' bzw. OH'-Ionen untersucht. Wie die Untersuchungen von Pauli, Michaelis und anderen Forschern (3) gezeigt haben, geht die Zunahme der Viscosität nach dem Säure- oder Alkalizusatze völlig parallel der Ionisierung und erreicht ihr Maximum im Maximum der Ionisation, so wie sie ihr Minimum im isoelektrischen Punkte findet. Wenn man den Temperatureinfluß (4) auf die Viscosität beachtet, so kann man mithin das Viscosimeter zur Bestimmung des lonisationsgrades einer Eiweißlösung verwenden. Im Einklänge mit allen diesen Erfahrungen steht die Feststellung von Pauli, daß mit dem Zusätze von Säure oder Alkali eine erhebhche Steigerung des osmotischen Druckes der Eiweißlösung verbunden ist. Daß schon durch geringe Säure- und Alkalizusätze beträchthche Hemmungen der Koagulation durch Hitze und durch Alkohol gesetzt werden, wurde bereits erwähnt. Das Säureeiweiß, Acidalbumin, der älteren Eiweißchemie, entspricht in allen Punkten der gegebenen Charakterisierung des ionischen Eiweiß. Pauli und Handovsky (5) untersuchten die Viscositätserhöhung unter dem ionisierenden Einfluß verschiedener Säuren, und gaben für die einzelnen Säuren manche Besonderheiten an, welche weder mit der elektrolytischen Dissociation, noch mit der Valenz der Säuren in Zusammenhang gebracht werden können. So erhöht Oxalsäure die Viscosität viel stärker als Schwefel- säure, und Trichloressigsäure steht hinter der schwachen Essigsäure zurück. Wie zu erwarten, drücken Zusätze von Neutralsalz die Viscosität bedeutend herab, und zwar, wie die Verminderung der Leitfähigkeit zeigt, durch Herab- setzung der Ionisation. Die lonisationsverminderung durch denselben Salz- 1) Robertson, Journ. Physic. Cham., jj, 542 (1907). Journ. biol. Chem., 2, 317 (1907); /, 279 (1906). Journ. Physic. Chem., 14, 709 (1910); 15, 178 (1911); 16, 382 (1912). Hardy, Journ. oiPhysiol., 33, 251 (1905). Leitfähigkeit der Elektrolyte in wässeriger Gelatinelösung: A. Dumanski, Ztsch. physikal. Chem., 60, 553 (1907). lonenbewogiichkcit: Wo. Pauli, Anzeig. Wien. Akad., 20. Nov. 1913. ~ 2) T. B. Wood u. W. B. Hardy, Proc. Roy. Soc, B. 81, 38 (1909). — 3) W. B. Hardy, Ebenda, 79, B. 413 (1907); L. Zoja, KoU. Ztsch., 5, 249 (1908). W. E. Ringer, Bemmelen-Festschr. (1910), p. 243; S. B. Schryver, Proc. Roy. Soc. (1910); 83, B. 96; K. ScHüRR, Biochem. Ztschr., 13, 173 (1908); Wo. Pauli u. Handovsky, Ebenda, 18, 340 (1909); L. Michaelis u. Mostynski, Ebenda, 25, 401 (WIO); Handovsky, Ebenda, p. 510 (1910); Pauli u. R. Wagner, Ebenda, 27, 296 (1910); Schork, Ebenda, 37, 424 (1911); Wo. Pauli, Koll.Ztsch., 12, 222 (1913); Manabe u. Matula, Biochem. Ztsch., 52, 369 (1913). C. Gazzetti, Aich. di FisioL, 11, 173 (1913). F. BoTTAZzi u. E. d'Agostino, Acc. Line. Roma (5), 22, II, 183 (1913). L. Blasel u. J. Matula, Biochem. Ztsch., 58, 417 (1914). — 4) Temperatureinfluß: J. Starke, Arch. de Physiol., 4, 396 (1907); Rec. Inst. Botan. Bruxelles, 7, 155 (1908). — 5) Wo. Pauli u. H. Handovsky, Biochem. Ztsch., 18, 340 (1909). Für Weinsäure : G. Buglia u. L. Karczao, Atti Acc. Line. (5), 18, II, 374 (1909); Säureadsorption: D. Calugareanu, Soc. Biol., 72, 835 (1912); Bull. Acad. Roum., /, 40 (1912); L. Michaelis u. P. Rona, Biochem, Ztsch., 27, 38 (1910). Kernchromatin: F. Penti- malli, Arch. f. Entw.mechan., 34, 444 (1912). Protaminsalze: Robertson, Journ. of Physic. Chem., 16, 382 (1912). 14 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigeiisch. pflanzl. Proteiiistoffe. Zusatz ist bei geringen Säurekonzentrationen relativ bedeutender als bei höheren. Während Säureeiweiß ohne Salzzusatz keine Hitzekoagulation zeigt, stellt schon geringer Salzzusatz eine merkliche Hitzegerinnung wieder her. Das Alkoholfällungsvermögen ist hingegen auch beim salzfreien Säure- eiweiß gut ausgeprägt. Hardy sowohl als Pauli behaupten, daß die Salz- wirkung auf Säureeiweiß immer mit einer Vermehrung der H--Ionen ver- knüpft ist. Doch fanden Chick und Martin (1), daß im Gegenteil eine Ver- minderung der H.-Ionenkonzentration erfolgt und daß die Angaben der genannten Forscher durch das abweichende Verhalten der benutzten Indi- catoren bei Gegenwart von Eiweißlösung verursacht worden sind. Beim Versetzen sorgfältig ausdialysierten praktisch fast elektro- neutralen Eiweißes mit Alkalien nimmt das Protein elektronegative Ladung an und geht so wie bei Säurezusatz in Eiweißionen zum Teile über. Robert- son, dann Pauli und Handovsky (2) haben sich in neuerer Zeit ausführlich mit dem elektronegativen Eiweiß beschäftigt, so daß wh- im ganzen über dessen Eigenschaften gut orientiert sind. Gerade dieser Zustand von Eiweiß ist physiologisch außerordentlich wichtig, da der Gehalt an OH-Ionen in den Zellprotoplasraen es mit sich bringen muß, daß die Plasmaeiweißkörper als elektronegatives Eiweiß gelten können. Viele Eigenschaften teilt das Alkalieiweiß mit dem Säureeiweiß: Viscositätszunahme, Verlust der Fäll- barkeit beim Kochen, und durch Alkohol treten auch hier hervor, und Alkalieiweiß ist sehr wenig beständig. Die Beziehung der Stärke der zuge- setzten Base zur Viscositätszunahme ist hier im Gegensatze zu den ent- sprechenden Befunden beim Säureeiweiß deutlich ausgeprägt. Alkali- überschuß wirkt so wie Säureüberschuß auf die Ionisierung zurückdrängend, und es ist bei einem bestimmten AJkaligehalt ein Maximum von Viscosität und Ionisierung vorhanden. Die Zurückdrängung der Ionisierung geht beim Alkalieiweiß mit steigendem Laugenzusatze so weit, daß hoher Alkali- überschuß das Protein reichlich fällt, analog der Neutralsalzfällung. Die Wirkung von Neutralsalzzusatz zu Alkalieiweiß ist deshalb bemerkenswert, weil hier die Natur der Kationen sehr großen Einfluß besitzt. Erdalkalisalze fällen viel stärker als Alkalisalze, unter denen nur die Ammoniumsalze sich durch ein relativ starkes Fällungsvermögen auszeichnen. Die starke Wirkung der Erdalkali- Kationen erinnert uns sofort an die den Physiologen wohl bekannte antagonistische Wirkung von Ca und Na auf lebende Zellen. Eine Änderung der Reaktion durch Neutralsalzzusatz findet beim Alkalieiweiß nach Chick und Martin gleichfalls statt, und zwar im Sinne einer Abnahme der Hydroxylionenkonzentration. Pauli hält den durch Neutralsalz aus Säureeiweiß und Alkalieiweiß gefällten Komplex nicht für identisch. Wie erwähnt, faßt Pauli (3) die Schwermetallfällungen von Eiweiß als Erscheinungen auf, welche mit der Ausflockung entgegengesetzt geladener 1) H. Chick u. Martin, Koll.chem. Beiheft, 5, 92 (1913). Über Säure-Eiweiß ferner: Wo. Pauu u. Hirschielh, Biochem. Ztsch., 62, 245 (1914); Procter, Journ. of Chem. Soc, 105, 313 (1914); Sörensen u. Höyrup, C; r. Carlsberg, iz (1917); A. Belak, Biochem. Ztsch., go, 96 (1918); Procter u. Wilson, Journ. Chem. Soc, J09, 307 (1916). — 2) T. Br. Robertson, Journ. physic. Chem., 14, 161, 377 u. 528 (1910); 15, 166 (1911); Ebenda, 387 u. 521 (1911); Ergebn. d. Physiol., jo, 216 (1910); Wo. Pauli u. Handovsky, Biochem. Ztsch., 24, 239 (1910). Caseinate: Pauli u. Matula, Ebenda, 99, 219 (1919). Hydrolyse der Caseinalkalisalze : L. van Slyke u. D. van Slyke, Amer. Chem. Journ., 38, 619 (1907). Wo. Pauli, Biochem. Ztschr., yo. 489 (1915); Robertson u. Miyake, Journ. Biol. Chem., 25. 351; 26, 129 (1916). — 3) Wo. Pauli u. L. Flecker, Biochem. Ztsch., 41, 461 (1912) und frühere Publikationen von Pauli. — Ältere Lteratur: Wo. Pauli, Hofmeist. Beitr., 5. 27 (1903); Ebenda, 6, 234 (1905); G. Galeotti, Ztsch. physiol. Chem., 44, 461 § 2. Die physikalischen Eigenschaften der Eiweißstoffe. 15 Kolloide zu vergleichen sind, indem sehr verdünnte Schwermetallsalzlösungen in freie Säure und kolloid gelöstes Metallhydroxyd hydrolysiert sind und nur das letztere als Fällungsmittel in Betracht kommt. Daß gerade die Schwermetallsalze schwacher Säuren die am meisten geschätzten Fällungs- mittel darbieten, beruht auf der geringen H-ionenkonzentration. Die Anionen treten in ihrer Bedeutung gegen die Metallionen sehr zurück und zeigen wenig Differenzen; auch bei den Kationen kann man bezüglich der Wertigkeit nur wenig Unterschiede finden, so daß sich diese Verhältnisse von den Neutralsalzfällungen sehr unterscheiden. Die untere Fällungsgrenze liegt äußerst niedrig. Hat man Eiweiß mit sehr verdünnter Schwermetallsalz- lösung gefällt, so ist durch Wasserzusatz ein Wiederauflösen der Fällung nicht zu erzielen. Ist das Schwermetallsalz oder das Eiweiß aber im Über- schuß zugegen, so ist die Fällung reversibel. Dementsprechend geht die durch Metallsalzzusatz erzielbare Viscositätszunahme wieder zurück, wenn man die Schwermetallsalzmenge steigert. Die lösende Wirkung überschüssiger Schwermetallsalzlösung könnte mit der Bildung von komplexen Verbindungen des Schwermetallsalzes mit Metallhydroxydeiweiß zusammenhängen. Her- LITZKA (1 ) konnte bei der Eiweißfällung mit Silbernitrat eine Wärmetönung feststellen, was auf chemische Umsetzungen zu beziehen ist. Hingegen war bei Zusatz von Überschuß des Silbersalzes eine negative Wärmetönung zu beobachten, entsprechend dem Hinzutreten der Adsorption von Silbersalz durch das Eiweiß. Bezüglich des Einflusses der Neutralsalze auf die Eiweiß- schwermetallfällung ist es bemerkenswert, daß im Bereiche der Fällung aus sehr verdünnter Lösung eine Hemmung durch Neutralsalze, entsprechend den Befunden bei Säure- und Alkalieiweiß durch Herabsetzung der Ioni- sation zu beobachten ist. Hingegen wirken Neutralsalze Fällung verstärkend, wenn sie sich mit der Schwermetallsalzfällung in höheren Konzentrationen unter Bildung von Komplexverbindungen kombinieren und sie verhindern die Wiederauflösung des Niederschlages im Überschuß des Fällungsmittels. Dilatometrische Messungen von Galeotti (2) ergaben eine Volumzunahme bei der Metalleiweißfällung. Von den Untersuchungen über Eiweißadsorption durch Kolloide, deren Betrachtung sich am besten an die Schwermetallfällung anschließt, haben viele, unter anderen die Arbeiten von Landsteiner, Friedemann, Michaelis und Rona, Biltz und Steiner, Pauli und Flecker (3) be- achtenswerte Aufklärungen gebracht. Typisch lyophobe inorganische Suspensionskolloide, wie das AsgSg und andere Sulfide, die Edelmetall- kolloide, flocken Eiweißlösung auch bei Überschuß des Fällungsmittels oder des Eiweiß aus. Elektrolyte hemmen diese Fällung, was zuerst von (1906); 40, 492 (1903); ferner S. La Fbanca, Ebenda, 48, 481 (1906). J. Simon. Arch. di Fisiol, 8, 361 (1910). Al(OH),fälIung: J. Marshall u. W. H. Welker, Journ. Amer. Chem. Soc, 35, 820 (1913). Kolloide Lösung von Metallpeptonaten: E. Paternö u. f. Medigreceanu, Koll.Ztsch., 12, 65 (1913). 1) A. Herlitzka, Biochem. Ztsch., u, 481 (1908); T. Gayda, Ebenda, 25, 341 (1910). — 2) G. Galeotti, Ztsch. physioL Chem., 78, 421 (1912). Über Schwer- metall-Eiweiß ferner: F. Lippich, Ztschr. physiol. Chem., 74, 360 (1911); 90, 236 (1914); Benedicenti u. Rebello-Alves, Biochem. Ztsch., 65, 107 (1914); Wo. Pauli u. Matula, Ebenda, 80, 187 (1917); Benedicenti, Arch. Farm, sper., 24, 79 (1917), Eiweiß-Kupferverbindg. : Scala, Festschr. f. Celli (1915), p. 137; Osborne u. Leaven- worth, Journ. Biol. Chem., 28, 109 (1916). — 3) K. Landsteiner u. R. Uhlirz, Zentr. Bakt., I, 40, 265 (1906); U. Friedemann, Arch. Hyg., 55, 361 (1906); A. Mayer, Soc. Biol., 6j, 353 u. 397 (1906); P. Rona u. L. Michaelis, Biochem. Zt8€h., 3, 109 (1907); 4, 11 (1907). W. Biltz u. H. Steiner, Ebenda, 23, 27(1909); W. Pauli u. L. Flecker, Ebenda, 41, 461 (1912) 16 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. Schulz und Zsigmondy (1 ) dazu benutzt wurde, um für die einzelnen Eiweiß- arten die charakteristische „Goldzahl" zu ermitteln, d. h. jene Anzahl von Milligrammen Kolloid, welche eben nicht mehr ausreicht, um 10 ccm einer gut bereiteten hochroten Goldlösung vor dem nach Zusatz von 1 ccm 10%iger NaCl-Lösung eintretenden Farbenumschlage nach Violett zu bewahren. Eine analoge ,, Schutzkolloidrolle" spielt nach Herlitzka (2) Eiweiß gegen- über Berlinerblauniederschlägen. Nichtelektrolyte, wie Zucker, kann man zur Hemmung dieser Eiweißflockung nicht verwenden. Vermöge seines amphoteren Charakters wird Eiweiß nicht nur von den genannten negativen lyophoben Kolloiden gefällt, sondern auch von den elektropositiven Metall- hydroxydkolloiden, die sich überdies durch ihren deutlich lyophilen (Emul- soid)-Charakter von den vorgenannten Kolloiden unterscheiden. Ebenso fällen die negativen kolloidalen sauren Oxyde, wie Kieselsäure, Wolfram- und Molybdänsäure. Das lyophobe Kaolin und Meerschaum sind bekannte ausgezeichnete Mittel, um Eiweiß aus Lösungen zu entfernen, ebenso auch gallertiges Tonerdehydrat (3). Bei den solartigen Kolloiden wirkt ein Über- schuß fällungshemmend. Weniger bestimmte Erfahrungen liegen hinsicht- lich der Wechselwirkungen zwischen Eiweiß und den organischen Kolloiden vor. Daß auch hier die elektrische Ladung für den Ausfall entscheidend ist, geht aus manchem hervor. Filtrierpapier adsorbiert Eiweiß besonders bei olektropositiver Ladung stark, weil es ein negatives Kolloid ist (4). Mastix- harz-Suspensoid ist nach Michaelis ein ausgezeichnetes Mittel, um Eiweiß durch kleine Elektrolytmengen zu fällen, wenn man so viel Mastix zusetzt, daß alles Eiweiß als Schutzkolloid verbraucht wird. Es flockt dann das Harz samt seinen Schutzhüllen aus (5). Ferner spielt auch bei derFarbstoff- adsorption durch Eiweiß die elektrische Ladung, wie Bayliss (6) fand, die entscheidende Rolle. Elektronegative Farbstoffe werden in ihrer Adsorp- tion durch Kationen gefördert, durch Anionen gehemmt. Bei elektroposi- tiven Farbstoffen ist es umgekehrt. Physiologisch wichtig sind speziell die Adsorptionserscheinungen zwischen Enzymen und ihrem Substrat. Ro- HONYi (7) fand, daß diese Adsorptionskomplexe meist in verdünnten Salz- lösungen löslich sind, ebenso bei Gegenwart von Säuren und Laugen. Auch Überschuß des einen oder des anderen Bestandteiles kann lösend wirken. Für das inaktivierte Pepsin ließ sich zeigen, daß es geradeso adsorbiert wird, wie wirksames Enzym. Von Interesse ist es, daß nach den Erfahrungen von Michaelis Eiweiß-Mastixkomplexe in Chloroform- Alkohol löslich sind, und es wäre denkbar, daß manche Plasmalipoide an Eiweiß adsorbiert, demselben ähnliche Lösungsverhältnisse verleihen wie sie Fette zeigen. Sonst sind Eiweißkörper, wie die alkohollöslichen Klebereiweißstoffe zeigen, höchstens in verdünntem Alkohol löslich und entschieden hydrophile Kolloide (8). 1) Fr. N. Schulz u. Zsigmondy, Ho^meist. Beitr., 3, 137 (1903); E. Zunz, Arch. intern, de Physiol., /, 427 (1904); für Proteosen; Heubner u. Fr. Jacobs, Biochem. Ztsch., 58, 352 (1913). — 2) A. Herlitzka, Arch. ital. de Biol., 44, 169 (1905). — 3) Die quantitative Adsorption von Casein durch Tonerde ist irreversibel : TIakusin, Journ. russ. phys.chera. Ges. ,47, 1330, 1333 (1915). Polypeptide u. Tier- kohle: Abderhalden u. Fodor, Fermentforsch., 2, 151 (1918). Casein, Adsorptions- kurve für Elektrolyte u. Kolloide: H. Palme, Ztsch. physiol. Chem,, 92, 177 (1914). Adsorptionsfällung von Eiweiß durch Eiweiß: Beth af Ugglas, Biochem. Ztsch., 61, 469 (1914). Tartrate: Gazzetti, Arch. diFisiol., 12, 377 (1914).— 4) J. Christiansen, Biochem. Ztsch., 47, 226 (1912). — 5) Flockung durch Suspensionskolloide auch b. Brossa u. Freundlich, Ztsch. physik. Chem., 89, 306. — 6) W. M. Bayliss, Biochem. Journ., i, 175 (1906). Ältere Angaben bei Heidenhain, Pflüg. Arch., go, 115 (1902); 96, 440 (1903); Ztsch. wiss. Mikr., ig, 431 (1903). Saure Farbstoffe: A. Ch. Hollande, C. r., 162, 959 (1916). — 7) H. Kohonyi, Biochem. Ztsch., 53, 179 (1913). — 8) Löslichkeit von Zein: G. Galeotti u. G. Giampalmo, KolI.Ztschr., .?, 118 (1908). § 2. Die physikalischen Eigenschaften der Eiweißstoffe. 17 Coffein und Theophyllin erhöhen nach Pauli und Falck (1) die Viscosität von Eiweiß bedeutend, wahrscheinlich unter Bildung komplexer Salze; Leim zeigte das gleiche Verhalten nicht. Ähnliche Beziehungen dürften hinsichtlich der Phenole anzunehmen sein, welche CoOper (2) untersuchte. In Fett gelöstes Phenol soll nicht eiweißfällend und nicht giftig sein. Auch Chinonwirkungen wurden von diesem Forscher untersucht. Von Interesse sind sodann die Fällungserscheinungen mit Formaldehyd, welche unter Bildung von Methylenimidoverbindungen ablaufen. Nach Schryver (3) hemmen Neutralsalze wie sonst entsprechend ihrem lyotropen Verhalten. Nähere Untersuchung verdient die Pyridinwirkung auf Eiweiß, welche nach hier gemachten Beobachtungen unter starker Quellung und Viscosi- tätszunahme verläuft. Dieser Stoff findet sich schon bei Spiro (4) erwähnt, neben den analogen koagulationshemmenden Wirkungen von Piperidin, Anilin, Cholin und Harnstoff. Spiro (5) hat die Alkohole hinsichtlich ihrer Fällungskraft verglichen, und gefunden, daß die höheren Glieder der einwertigen Reihe bei einer viel geringeren Konzentration fällen als die niedrigen: Methylalkohol bei 17 bis 20%, Äthylalkohol bei 16-18%, Propylalkohol bei 11-13%, Butylalkohol bei 4—6% und Amylalkohol bei 2—4%. Nach Untersuchungen von Chap- MAN (6) im hiesigen Institut erfolgt aber die Denaturierung schon beim Butylalkohol vermöge dessen geringer Wasserlöslichkeit bedeutend lang- samer als bei Propylalkohol, welcher hinsichtlich Konzentration und Wirkungsschnelligkeit alle anderen Alkohole übertrifft. Die höheren Alko- hole, Heptyl-, Octylalkohol, wirken sowie Chloroform sehr wenig ein. Aceton ist nach Weyl (7) ein kräftiges Fällungsmittel. Für die physiologische Wirkung der Alkohole auf die Plasmaproteine ist es jedenfalls von Bedeu- tung, daß sie die Löslichkeit (8) und Ionisation der Salze in Eiweißlösungen herabdrücken. Thiosinamin bringt nach Oefele (9) koaguliertes Eiweiß in Lösung. Schließlich wäre den bereits vorgebrachten Daten über die Eiweiß- koagulation durch Erhitzen noch eine Reihe bemerkenswerter Befunde beizufügen. Chick und MartiI^MIO) haben in gewisser Hinsicht Recht, wenn sie die Hitzekoagulation als eine Reaktion zwischen Eiweiß und Wasser betrachten. Nach Berczeller (11) würde auch die Vermehrung der Ober- flächenspannung {Tropfenzahl) darauf hindeutei , daß gewisse Umsetzungen stattfinden. Doch konnte Gayda (12) keinerlei Volumänderung bei der dilatometrischen Kontrolle der Hitzekoagulation sicherstellen. Wichtig ist die Sicherstellung vouSörensen und JtJRGENSEN(13), daü bei der Hitze- 1) Wo. Pauli u. 0. Falck, Biochem. Ztsch., ^7, 269 (1912). — 2) E. A. Cooper, Biochem. Journ., 6, 362 (1912). — 3) S. B. Schryver, Proc. Roy. Soc, 83, B, 96 (1910). Früher Blum, Ztsch. physiol. Chem.,22, 127 (1896). Schwarz, Ebenda, jj, 460(1901). Benedicenti, Arch. Anat. u. Physiol. (1897), p. 210. —4) K. Spiro, Ztsch. physiol. Chem., 30, 182 (1900); Ramsden, Journ. of Physiol., 27, 23 (1902). — 5) K. Spiro, Hofmeist. Beitr., 4, 316 (1903). Auch J. Simon, Arch. di Fisiol., 5, 394 (1907). — 6) G. H. Chapman, Intern. Ztsch. phys.chem. Biol., /, 293 (1914). — 7) Th. Weyl, Ber. cheui. Ges., 43, 508 (1910). — 8) H. E. Roaf u. E. Alder- soN, Biochem. Journ., 2, 412 ("1907). Chloroform: F. Krüger, Ztsch. Biol., 41, 341 (1901). Hofmeist. Beitr., 3', 67 (1903). 0. Loew u. Aso, Chem. Zentr. (1902), II, 388; Salkowski, Ztsch. physiol. Chem., 31, 329 (1900). Verstär..ung der Fällung durch Salze: 0. Meyerhof, Biochem. Ztsch., 86, 325 (1918). — 9) Oefele, Pharm. Zentr. Halle, 63, 1 (1902). — 10) H. Chick u. C. J. Martin, Koll.chem. Beiheft. 5, 49 (1913). Journ. of Physiol., 40, 404 (1910); 43, 1 (1911); Ebenda, 45, 61 u. 261 (1912). — 11) L. Berczeller, Biochem. Ztsch., 53, 215(1913). — 12) J. Gayda, Ebenda, 39, 400 (1912). — 13) S. P. L. Sörensen u. E. Jürgensen, Biochem. Ztsch., 31, 397 (1911). Compt. rend. Lab. Carlsberg, 10, 1 (1912). G. Quagliariello, Biochem. Ztsch., 44, 157 (1912). Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 2 lg Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. koagulation immer eine Abnahme der Wasserstoffionen- Konzentration eintritt. Schon 1899 hat Hardy betont, daß man bei der HitzeJioagulation zwei Vorgänge zu unterscheiden habe, die Denaturierung des Proteins und die Agglutination, eine Auffassung, die durch die Arbeiten von Pauli und Handovsky und Chick und Martin voll bestätigt worden ist. Worin die Denaturierung begründet ist, konnte bisher nicht entschieden werden, doch liegt ihr sicher eine chemische Änderung des Eiweißes zugrunde. Wenn man dafür Sorge trägt, daß sich die H*-Ionenkonzentration nicht ändert, so ist die Geschwindigkeit des Vorganges der noch nicht umgesetzten Eiweiß- menge proportional (1), entspricht also den Verhältnissen unimolekularer Reaktionen. Nun ist es aber eine alte Erfahrung, die durch die genauen Untersuchungen von Sörensen und Chick und Martin exakt bewiesen wurde, daß eine Eiweißlösung, die vorher gegen Lackmus schwach sauer oder neutral reagierte, beim Erhitzen immer weniger sauer, ja selbst al- kaüsch wird (2). Sörensen nimmt an, daß einer dialysierten, salzarmen, mit der optimalen HCl-Menge versetzten Ovalbuminlösung bei der Ko- agulation meßbare HCl-Mengen nicht entzogen werden, der Niederschlag daher aus dem Protein selbst bestehe. Bei stärker sauren Lösungen wird aber nach Chick und Martin der größere Teil der Säure mit dem Eiweiß in Salzform entfernt, wenn Koagulation eintritt. Übrigens findet in al- kalischer Eiweißlösung beim Erhitzen ganz entsprechend den Vorgängen in der sauren Lösung eine Verminderung der OH'- Konzentration statt. Während sich die Denaturierungsgeschwindigkeit von Eiweiß mit Erhöhung der H'- und OH'- Konzentration vergrößert, verlangsamen Neutralsalze den Vorgang (3). Innerhalb des untersuchten Bereiches war der Temperatur- koeffizient der Koagulation ein sehr hoher, für Ovalbumin sogar 635 für 10"*. Dies ist offenbar die Ursache dafür, daß die „Koagulationstemperaturen" für bestimmte Eiweißkörper praktische Bedeutung erlangt haben. Chick und Martin machen mit Recht darauf aufmerksam, daß Koagulation auch bei viel niedrigeren Temperaturen stattfindet, allerdings nur mit ganz geringer Geschwindigkeit. Die Agglutination des hitzedenaturierten Eiweiß wird, wie schon lange bekannt, durch schwach saure Reaktion glatt ermöglicht. Michaelis (4) hat dies dadurch erklärt, daß er zeigte, daß der isoelektrische Punkt, in dem die Flockung theoretisch am leichtesten stattfinden muß, bei Eiweiß auf der sauren Seite des Neutralpunktes liegt, und Sörensen kommt zu dem Ergebnis, daß die optimale H"-Ionenkonzentration wesentlich von dem sauren Charakter der Proteinstoffe herrührt und deshalb mit der Protein- konzentration veränderlich sein muß. Sind Neutralsalze nicht zugegen, so liegt das Säureoptimum für die Fällung nach Chick und Martin ungefähr bei einer H -lonenkonzentration von 3 • ICM. Neutralsalze können die Agglutination außerordentlich stark beeinflussen, indem sie einmal die H*- lonenkonzentration ändern, andererseits die e ektrische Ladung des Eiweiß neutralisieren können. So ist es möglich, weit vom isoelektrischen Punkt 1) W. SxjTHERLAND, Journ. of Physiol, 42 (1911) kommt zu einer anderen Oeschwindigkeitsformel für die Koagulation. — 2) Vgl. auch den Wechsel in der H*- Konzentration bei Bildung gewisser Eiweißverbindungen: C. L. A. Schmidt, Journ. of Biol. Chem., 25, 65, — 3) Neutralsalzwirkung: Wo. Pauli, Hofmeist. Beitr., 10, 63 (1907). Wo. OsTWALO, KolLZtschr., 2, 108 (1907); M. G. Malfit ano, Compt. xend., 141, B03 (1906); Schutzwirkung durch freie Farbsäuren: H. Aron, Biochem. itsch., 5, 413 (1907). — 4) L. Michaelis u. P. Rona, Biochem. Ztsch., 27, 38 (1910); 29, 494 (1910). Vgl. auch L. Vallery, Compt. rend., 155, 417 (1912). Hitzegerinnung ferner: A. Homer, Biochem. Journ., zr, 292 (1917). § 2. Die physikalischen Eigenschaften der Eiweißstoffe. 19 entfernt, durch hinreichenden Salzzusatz reichliche Hitzefällung zu erzielen. Dieser fällungsf ordernde Salzeinfluß ist bereits eine alte Erfahrung. Die Wirkung des Wassers beim Erhitzen von Eiweiß wird durch die oft erwähnte Tatsache illustriert, daß trockenes Eiweiß auf relativ sehr hohe Temperaturen, bis 150°, erhitzt werden kann, ohne daß es denaturiert wird. Farmer (1) fand, daß im Vacuum getrocknetes Eiweiß Lösungen hefert, die weniger leicht koagulieren, als Lösungen aus nicht vorbehandeltem Eiweiß. OsBORNE (2) konnte Proteine, die in 70% Alkohol löslich sind, mit diesem Alkohol kochen, ohne daß Gerinnung eintrat. Über gerinnungs- hemmende Einflüsse wird in der Literatur viel berichtet, ohne daß hin- reichend klarer Aufschluß erteilt wird, welche Faktoren bei diesen Vor- gängen in erster Linie beteiligt sind (3). Durch höhere Temperaturen koagulieren kompliziert aufgebaute Proteide in der Regel sehr leicht, im Vergleiche zu den einfachen Albu- minen und Globulinen. Durch anhaltendes Schütteln kann man, wie Ramsden (4) zeigte, Eiweiß gleichfalls bald zum Koagulieren bringen. Dabei scheint die Ober- flächenkonzentration an den Schaumflächen der wirksame Faktor zu sein. Auch diese Koagulation verläuft nie vollständig. Die Verdünnung der Ei- weißlösung hat günstigen Einfluß auf die Schnelligkeit des Vorganges (Spadolini) (5). Ferner gerinnt Eiweiß leicht bei Kontakt mit adsorbieren- den Oberflächen, wie Tierkohle, gebranntem Ton (6). Bridgeman (7) ge- lang die Koagulierung von Eiweiß durch hydraulischen Druck (7000 At- mosphären, binnen 15 Minuten). Mechanische Denaturierung findet leicht bei eingetrocknetem Eiweiß beim Pulvern statt; ja bloßes Abkratzen der trockenen Eiweißkruste von einer Glasfläche beraubt das Eiweiß teilweise seiner Löslichkeit in Wasser (8). Gelbildung findet sich bei den Eiweißkörpern irreversibel in den Gerinnungen, reversibel in der Gallertbildung, wie sie am schönsten vom tierischen Leim, Glutin, bekannt ist, und aus dem Pflanzenreiche kaum in gleichem Maße beobachtet wird. Pauli bemerkt mit Recht, daß es keiner- lei Unterschiede im Verhalten von Gallerten und Solen der Proteine gibt, mit Ausnahme des eigentümlichen Zustandes, in welchem die Teilchen nicht wie in Solen frei beweglich sind, sondern durch stetige Übergänge bei steigen- der Konzentration und fallender Temperatur in immer stabiler werdende gegenseitige Lagen kommen. Diesen stetigen Übergang konnte Menz (9) durch ultramikroskopische Befunde verfolgen und zeigen, daß eine wach- sende Zahl von Submikronen erscheint, die beim Erstarren keine struk- turelle Anordnung erkennen lassen. Bemerkenswert ist es, daß man auch aus Ovalbumin reversible Gallerten von analogem Verhalten erzeugen kann, wenn man konzentrierte Lösungen mit Alkali oder Säure versetzt (10). Die Theorie des gallertigen Zustandes ist derzeit noch nicht klar. BÜTSCHLi, auf dessen Seite zahlreiche Biologen und Kolloidchemiker standen, nahm an, daß in Gallerten ein wabiges Gerüst anzunehmen sei, dessen 1) J.Br. Farmer, Proc. Roy. See, 66, 329 (1900). — 2) T. B. Osborne, The Vegetable Proteins, London 1909, p. 21. — 3) G. Clautriau, Recueil Inst, bot., Bruxelles, 2, 117 (1906). E. Marchal, Ebenda, p. 119. Formaldehyd und SO«: G. MuNARETTi, Arch. Farm. Sper., 14, 460 (1912). — 4) W. Ramsden, Arch. f. Physiol. (1894), p. 517. — 5) J. Spadolini, Arch. di FisioL, 13, 267 (1916). — 6) L. Hermann, Pflüg. Arch., 26, 442 (1881). — 7) Bridgeman, Journ. of Biol. ehem., 19, 611 (1914). — 8) Herzfeld u. Klinqer, Biochem. Ztsch., 78, 349(1916); WiECHOwsKi, Ebenda, 81, 278 (1917). — 9) W. Menz, Ztsch. physik. Chem., 66, 129 (1909). — 10) G. MoRuzzi, Biochem. Ztsch., 22, 232 (1909). Vgl. auch P. v. Weimarn, Chem. Zentr., 1910, II, 269 über „Peptisation" von Kolloiden. 2* 20 Zweiunddreißigetes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. Maschenräume von dem Quellungsmittel erfüllt seien. Zu dieser Theorie kam BtJTSCHLi auf Grund der Beobachtungen an feinen mikroskopischen Schäumen aus Gelatine und Olivenöl, welche Kammerbau zeigen. Doch hi.ben namentlich die Untersuchungen von Zsigmondy keinerlei Anhalts- punkte dafür geliefert, daß solchen mikroskopischen Bildern tatsächlich feinere Struktureigentümlichkeiten analoger Art zugrundeliegen. Deshalb .sind die von Pauli gegen die Wabentheorie vorgebrachten Argumente, wonach die Befunde Bütschlis nur echte Gerinnungserscheinungen dar- stellen, die man nicht unter allen Umständen bei der erstarrenden Gelatine erhalten muß, sehr zu beachten. Gegen die Wabenlehre scheint mir auch der Umstand zu sprechen, daß kontinuierliche Übergänge, ohne Änderung der wesentlichen physikalischen Eigenschaften von den Hydrosolen zu den reversiblen hydrophilen Gallerten führen, und das Merkmal des festen gallertigen Zustandes nicht das wesentliche desselben darzustellen scheint. Vielmehr sind Glutingallerte und Eiweißsole miteinander weit mehr wesens- verwandt, als Glutingallerte und hydrophobe Gele vom Typus der aus Metallsolen ausgeschiedenen Massen. Das Gesetz der Wasseraufnahme bei der Quellung von Gallerten hat Pauli auf Grund der experimentellen Angaben von Hofmeister dahin berechnet, daß die Geschwindigkeit des Vorganges in jedem Momente der Entfernung vom Endzustande einfach proportional ist; somit liegt formell dasselbe Verhältnis vor wie bei unimolekularen Reaktionen. Das Gesamt- volum der gequollenen Masse ist geringer als die Summe der Volumina der Substanz vor der Quellung und des aufgenommenen Wassers. Dies beruht auf der stattfindenden Verdichtung des Quellungswassers und äußert sich in der Temperaturerhöhung bei der Quellung bzw. in der Temperatur- abnahme beim Entquellen. In Wasserdampf quellende Gelatine erreicht nicht jenen Grad der Wasseraufnahme, welchen das Gel in flüssigem Wasser als Endzustand gewinnt. Ultraviolette Strahlen beeinflussen nach Tian (1) die Quellung von Glutin bei Gegenwart von hinreichenden Wassermengen in der Weise, daß die Gelatine verflüssigt wird. Es scheint sich um quellungs- fördernde Wirkungen, nicht um Hydrolyse zu handeln. Elektrolyte beein- flussen die Quellung von Eiweißgallerten ganz analog wie die Fällung bzw. Fällungsverhinderung bei Eiweißsolen. Alle Salze, welche stark eiweiß- fällend wirken, wirken entquellend, und alle Fällung hemmenden Salze, wie Rhodanat, wirken quellungsfördernd. Nichtelektrolyte haben hier wie dort gleichfalls Einfluß, indem Zucker sowie Glycerin Quellung hindert (2). Diese lyotropen Wirkungen sind wesensgleich. Auch Umladung durch kleine Säure- resp. Alkalimengen findet statt, so daß elektronegativ aufgeladene Gallerten durch Sulfate stark, durch Rhodanat sehr wenig fällbar sind, während umgekehrt Sulfate die elektr opositiv aufgeladenen Gele am schwäch- sten, Rhodanate letztere Gele am stärksten fällen. Neben den lyotropen Wirkungen der Salze kommen allerdings nach den Untersuchungen von SCHROEDER (3) noch direkte Wirkungen auf die Glutinteilchen in Betracht, wofür u. a. der Umstand spricht, daß Chloride, durch die Glutin noch stark gefällt wird, das Erstarren verflüssigter Gelatine ausgeprägt hemmen. Die von den Eiweißsolen beschriebenen Wirkungen von Säure und Alkali findet sich treu bei den Gallerten wieder, und auch hier hat man mit Pauli ionisierende Wirkungen, unter Quellungsvermehrung und Viscositäts- 1) A, Tian, Compt. rend., 151, 219 (1910). — 2) . Vgl. auch Fischer u. Sykes, Koll.Ztsch., 14, 216 (1914); Mat.grass., 7, 4202 (1914); Henderson u. Cohn, Journ. Amer. Chem. Soc, 40, 857. — 3) Schroeder, Ztsch. physik. Chem., 45-. 75 (1903). § 2. Die physikalischen Eigenschaften der Eiweißstoffe. 21 zunähme durch H'- und OH'-Ionen anzunehmen. Spuren von Säure oder AlkaU bringen, wie bekannt, neutrale Gelatine zu mächtiger Quellung und verzögern das Erstarren (1). Quellungsminimum und lonisationsminimum liegen auch hier im isoelektrischen Punkt. Schließlich kehrt die Neutral- salzwirkung bei der ionisierten Gelatine wieder, und Alkali haltendes Glutin zeigt nach Pauli dieselbe starke Beeinflussung durch Erdalkalisalze, wie Alkalialbuminat. In der Differenz der Wirkung von Erdalkali- und Leicht- alkalisalzen auf die Quellung dürfte nach den wichtigen Untersuchungen von LoEB (2) der Schlüssel zur Erklärung des bekannten antagonistischen Verhaltens von Ca und Na in physiologischer Hinsicht liegen. Die Calcium- gelatinate sind nicht quellbar und so gut wie undissoziiert. Die Umwandlung quellbarer Proteinsalze mit einwertigem Kation in solche Gelatinate muß eine bedeutsame Wirkung auf das Zellplasma äußern. Nach Loeb erfolgt additionelle Quellung, wenn Gelatine nach Behandlung mit NaCl mit einer schwächeren Salzlösung einwertiger Metalle durchtränkt wird. Die Grenz- konzentration für diesen Effekt ist hier doppelt so groß für einwertige Anionen als für zweiwertige. Zustandsänderungen durch Lichtstrahlen sind bei Eiweiß hinsichtlich ultravioletter Strahlen mehrfach sichergestellt. Eiweißlösung koaguliert, jedoch erst nach längerer Bestrahlung und nur in konzentrierten Lösungen (3). Auch Radiumstrahlen können solche Veränderungen bei genügend langer Einwirkung hervorbringen. Effront (4) wollte diese Licht- Vvirkungen mit der Wirkung von Wasserstoffperoxyd auf Eiweiß vergleichen. Bekannt ist das Irreversibelwerden hydrophiler Gele wie Leim nach Beleuch- tung, wenn vorher oxydierende Stoffe, wie Ghromverbindungen zugesetzt worden. Hier spielt Licht wohl nur die Rolle eines Katalysators, indem Chro- matgelatine auch im Dunkeln sehr langsam unquellbar wird (5). Die optischen Eigenschaften von Eiweißlösungen bieten vielfach großes Interesse. Zunächst läßt sich die refraktometrische Unter- suchung in der Eiweißchemie gut verwenden. Herlitzka (6) hat die Ab- hängigkeit des Brechungsindex von der Temperatur untersucht. Die Ab- hängigkeit des Brechungsvermögens von der Konzentration ist namentlich durch Robertson (7) in einer längeren Untersuchungsreibe geprüft worden. Er nimmt an, daß man diese Beziehung durch die Formel n— n' =a'C ausdrücken kann, wobei n' und a Konstanten sind, n der Brechungsindex und c die Konzentration. Obermayer und Pick (8) verfolgten die Ände- rungen des Brechungsindex bei der Einwirkung von Fermenten und Säuren auf Eiweiß und sahen, daß die peptische Hydrolyse keine Änderungen er- zeugt, wohl aber die tryptische. Wertvolle spektrographische Untersuchungen über die Absorption des ultravioletten Lichtes durch Eiweißlösungen lieferte Dhere (9). 1) R. Chiari, Biochem. Ztsch., 33, 167 (1911); für Muskel: R. Arnold, KoUoidchem. Beihft., 5, 411 (1914). — 2) J. Loeb, Journ. of Biol. Chem., 33, 531 (1918). — Über Quellung von Fibrin: E. Hekma, Biochem. Ztsch., 62, 161 (1914); Weizen- giuten: Upson u. Calvin, Journ. Amer. Chem. Soc, 37, 1295. — 3) Hierzu Geg. Dreyer u. 0. Hanssen, Compt. rend., 145, 234 (1907). W. T. Bovie, Science, 37, 24 u. 373 (1913). Ferner F. Schanz, Münch. med. Woch.schr., 1915, p. 643; Pflüg. Arch., 164, 3 u. 445 (1916); 169, 82. — 4) J. Effront, Compt. rend., 154, 1111 (1912). — 5) Vgl. LuMifeRE u. Seyewetz, BuU. Soc. Chim., (3), 33, 1032, 1040; 35, 14 (1905). — 6) A. Herlitzka, Arch. ital. de Biolog., 57 > 95 (1912). — 7) T. Br. Robertson, Journ. Physic. Chem., 13, 469 (1909); Journ. biol. Chem.. 7, 359 (1910); 8, 287 (1910); 9, 181 (1911); //, 179 u. 307 (1912). Bezüglich Brecl^ungsindex ferner E. Reiss, Hofmeist. Beitr., 4, 150 (1904). C. L. A. Schmidt, Journ. of Biol, Chem., 23, 487 (1916); A. R. C. Haas, Ebenda, 35, 119 (1918). — 8) F. Obermayer u. E. P. Pick, Hofmeist. Beitr., 7, 331 (1906). — - 9) Ch. Dhere, Rech, spectrograph. sur rAbsorption des Rayons ultraviolets par les albuminoides. "Fribourg 1909. 22 ZweiunddrelßigsteB Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. Eiweißlösungen sind stets optisch aktiv, und zwar in der Regel links- drehend. Nach den Zusammenstellungen von Osborne und Harris (1) beträgt die spezifische Drehung für: Edestin aus Hanfsamen — 41,3" Globulin aus Leinsamen — 43.53° Excelsin aus Bertholletiasamen —42,94° Amandin aus Mandeln — 56,44° Legumin aus Vicia Faba — 44,09° Phaseolin aus Schminkbohne ..'... — 41,46° Zein aus Mais — 28,0° Gliadin aus Weizen - 92,28° Nach Gamgee (2) existieren aber auch Proteine, welche Rechts- drehung aufweisen, wie Hämoglobin und manche Nucleoproteide. ; Da ver- schiedene Beimengungen ferner Säuren und Alkalien großen Einfluß auf die Drehungsintensität besitzen, so ist es schwierig, den Drehungswinkel zur chemischen Charakteristik der Eiweißkörper zu benutzen (3) Dakin (4) hat nachgewiesen, daß man native Eiweißstoffe durch Behandlung mit n/2 NaOH bei 37° racemisieren kann, so daß bei der Hydrolyse nur inaktive Aminosäuren geliefert werden. Schließlich noch Daten hinsichtlich der Verbrennungswärme von Eiweiß. Nach Gräfe (5) ist die Wärmetönung bei der fermentativen Eiweiß- spaltung praktisch gleich Null, so daß der gesamte calorische Wert den ent- standenen Aminosäuren zukommt. Den letzten calorimetrischen Unter- suchungen von Benedict und Osborne (6) seien die nachstehenden Zahlen mit der Bemerkung entnommen, daß die höchsten calorischen Werte jenen Eiweißstoffen zukommen, die den höchsten Kohlenstoffgehalt und den niedrigsten Sauerstoffgehalt besitzen. Calorien Caloriea pro pro Gramm Gr&mm Amandin 5543 Conglutin der blauen Lupine 5475 Corylin 5590 Conglutin a, gelbe Lupine . 5542 Excelsin 5737 Conglutin b, gelbe Lupine . 5359 Edestin 5635 Vicüin 5683 Globulin v. Gossypium . . . 5596 Legumelin 5676 Vignin : . . . 5718 Gliadin 5738 Glycinin 5668 Glutenin 5704 Legumin 5620 Globulin aus Weizen . . . 5358 Phaseolin 5726 Hordein 5916 Bynin 5807 1) Th. B. Osborne u. J. F. Harris, Journ. Amer. Chem. Soc, 25, 842 (1903). Für Triticonucleinsänre: Osborne, Amer. Journ. of Physiol., 9, 69 (1903). Gliadin: W. E. Mathewson, Journ. Amer. Chem. Soc, 28, 1482 (1906). Lindet u. L. Ammann, Compt. rend., 145, 253 (1907). Casein: J. H. Long, Chem. Zentr. (1906), I, 1568. — 2) Gamgee a. Croft Hill, Hof meist. Beitr., 4, 1 u. 10 (1903). Ber. chem. Ges., 36, 913 (1903). Soc. Biol., 55, 223 (1903). Die Ausführungen von J. Beard, Biol. Zentr., 33, 150 (1913) über rechts- u. linksdrehendes Eiweiß sind wertlose Phantasien. — 3) Vgl. Bjlow, Pflüg. Afch., 58, 207 (1894). Framm, Ebenda, 68, 144 (1897). Wo. Pauli u. Samec, Bioch. Ztsch., 59, 470 (1914); für Proteinsalze; Rakusin, Joiun. russ. phys.chem. Ges., 47, 144, 147, 1050, 1059, 1330 (1915). — 4) H. D. Dahin, Journ. of biol. Chem., 13, 357 (1912). Dakin u. H. W. DuDLEY, Ebenda, 15, 263 (1913). — 5) E. Gräfe, Arch. Hyg., 62, 216 (1907). — 6) Fr. G. Bekedict u. Th. B. Osborne, Journ. biol. Chem., 3, 119 (1907). Ältere Daten bei Berthelot u. Andre, Ann. Chim. et Phys. (6), 22, 5 n. 25 (1891), F. Stohmann u. Langbein, Journ. prakt. Chem., 44, 336 (1891). B Danilewsky. Pflüg. Arch., 36, 237 (1885). § 3. ZuBammeneetzung und chemischer Charakter der Eiweißstoffe. 23 §3. Zusammensetzung und chemischer Charakter der Eiweißstoffe. Elementaranalysen. Für die Sicherstellung der empirischen Zusammensetzung der Eiweißstoffe sind vor allem die natürhch vor- kommenden und rein dargestellten krystaUisierten Proteine sowie künst- lich gewonnene Eiweißkrystallpräparate wertvoll, die denn auch häufig analysiert worden sind. Die nachfolgende Tabelle enthält eine Reihe von Elementaranalysen, die den Arbeiten von OsborNe (1 ) entnommen sind. Nur die Analyse des Proteins aus Diascorea stammt von Ismi (2). Zum Vergleiche sind Analysen- ergebnisse von Ovalbumin des Hühnereies von Hofmeister (3) und des Serumalbumins von Michel <4) angeschlossen. C% H% N% S% 0% 0+8% Gliadin 52,72 6,86 17,66 1,02 21,74 Glutenin 52,34 6,83 17,49 1,08 22,26 Prolamin 52,75 6,84 17,72 1,21 21,48 Hordein 54,29 6,80 17,21 0,83 20,87 Zein 55,23 7,26 16,13 0,60 20,78 Phaseolin 52,58 6,84 16,48 0,56 23,54 Legumin 51,72 6,95 18,04 0,41 22,88 Vicilin 52,29 7,03 17,43 0,17 23,08 Legumelin 53,31 6,97 16,26 1,08 22,38 GJycinin 52,12 6,93 17,53 0,79 22,63 Vignin 52,64 6,95 17,25 0,50 22,66 Conglutin a 50,91 6,88 17,93 0,52 23,76 Gonglutin ß 49,58 6,80 18,27 1,42 23,93 Excelsin 52,48 7,11 18,17 - - 22,24 Cucurbitaglobulin 51,42 6,83 18,64 0,90 22,21 Ricinusglobulin 51,25 6,97 18,74 - - 23,04 Edestin 51,26 6,86 18,68 0,94 22,26 Linumglobulin 51,48 6,94 18,60 0,81 22,17 Gossypiumglobulin 51,71 6,86 18,64 0,62 22,17 Amandin 51,41 6,86 19,47 0,39 21,87 Corylin 51,44 6,94 19,07 0,55 22,0 Juglansin 50,83 6,79 19,05 0,89 22,44 Helianthusglobulin 51,64 6,99 18,58 1,00 21,89 Cocosglobulin 51,23 6,90 18,40 1,06 22,41 Tuberin 53,62 6,80 16,15 1,22 22,21 Dioscoreawurzelprotein .... 52,82 7,53 14,20 - - 25,5 Ovalbumin 53,36 7,31 15,06 1,01 Ovalbumin 53,21 7,21 14,99 1,18 Serumalbumin 53,08 7,10 15,93 1,90 21,99 Die Versuche, die in den Analysen aufgefundenen Abweichungen im C-, N- und S- Gehalte zur Gruppierung der Proteinstoffe in Beziehung zu bringen, haben zu keinem einwandfreien Ergebnis geführt (5). 1) Th. B. Osborne, Die Pflanzenproteine. Ergebn. d. Physiologie, X. Jahrg., p. 47. Wiesbaden 1910. — 2) J. Ishii, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 2, 97 (1894). — 3) Fr. Hofmeister, Ztsch. physiol. Chem., 16, 185 (1892). — 4) Michel, Verhandl. Würzburg. phys. med. Gesellsch., 2g, 117 (1895). — 5) Vgl, Schmiedeberg, Arch. «^xp. Pathol., J9, 1 (1897). Cohnheim, Chemie d. Eiweißkörper. 24 Zweiunddreißigstes Kapitel : Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. Der Aschengehalt, den die Analysen auch bei den reinsten Eiweiß- präparaten regelmäßig aufweisen, ist hinsichtlich seiner Bedeutung nicht ganz erklärt. Es läßt sich nicht in allen Fällen entscheiden, ob es sich um konstitutive Bestandteile handelt oder nicht, da bei dem enormen Mole- kulargewichte der Proteinstoffe nur sehr wenig von dem Aschenstoffe erforde rhch ist, um Verbindungen zu formieren (1). Doch darf man an- nehmen, daß in der größeren Zahl der Fälle lonenadsorptionen vorüegen und keine echten chemischen Verbindungen. Molekulargewicht. An Versuchen die ,, Größe des Eiweißmole- küls" und das Molekulargewicht verschiedener Eiweißstoffe zu ermitteln, haben sich zahlreiche Forscher beteiUgt (2). Wie bei anderen Kolloiden, so versagen auch hier die gewöhnhch angewendeten Methoden ganz oder bieten nur sehr geringe Sicherheit. Sabanajew und Alexandrow(3) berechneten aus der Gefrierpunktsdepression für Ovalbumin das Mole- kulargewicht 14270. Hofmeister (4) hatte nur das Molekulargewicht 5378 angenommen, während Sutherland (5) zu der Zahl 32814 kommt mit der empirischen Formel Ci436Ha364N3590482Si6. Damit stimmen auch die Zahlen von Sörensen überein. Die älteren Autoren gaben meist kleinere Zahlen an. Schulz schreibt dem Serumalbumin das Molekular- gewicht 5100 zu, dem Oxyhänioglobin 14800, dem Casein mindestens 4000. Für Albumosen und Peptone haben sich in allen Fällen viel geringere Werte ergeben. Zur Schätzung des Molekulargewichtes benutzte man den Gehalt an Schwefel oder an Phosphor, oder zog die Jodsubstitutions- produkte bei dieser Beurteilung heran. Zu berücksichtigen bleibt in allen Fällen, daß die gefundenen Werte nicht für jede Konzentration in gleicher Weise verläßlich sind, da die Partikel in verdünnten Lösungen kleiner sind als in konzentrierteren. Bezüglich der Auffassung der salzartigen Verbindungen der Eiweißkörper mit Säuren und Basen haben sich die Ansichten in neuerer Zeit dahin geklärt, daß in den Proteinstoffen freie Aminogruppen und COOH-Gruppen vorhanden sind, wodurch die Proteine den Charakter von amphoteren Stoffen, wie es die Aminosäuren sind, erhalten. Von der richtigen Beobachtung ausgehend, daß die neutralen Eiweißstoffe nicht ionisiert sind, wohl aber in elektrolytisch dissoziierte Stoffe übergehen, wenn sie mit Säuren oder Basen zusammenkommen, hatten Cohnheim und Krieger (6) die Eiweißstoffe mit den Pseudosäuren und Pseudobasen von Hantzsch (7) zu vergleichen gesucht. Bredig und Winkelblech (8) haben hierauf die richtige Ansicht geltend gemacht, daß es sich hier um amphotere Elektrolyte, ,,Ampholyte" handle. Starken Basen gegenüber verhalten sich solche Stoffe wie schwache Säuren und bilden Anionen, während sie mit starken Säuren zusammengebracht Kationen formieren. Messende Angaben über die Säure- und Basen- 1) Salkowski, Ztsch. Biolog., J7, 401 (1899); G. Malfitano, Compt. rend., 141, 503 (1905). W. M. Bayliss, Jouvn. Biochem., i, IIb (1906). — 2) Vgl. Fr. N. Schulz, Größe d. Eiweißmoleküls (1903). Harnack, Ztsch. physiol. Chem., 5, 198 (1881). Vaubel, Chem.-Ztg., 23, 82 (1899); Journ. prakt. Chem., 60, 55 (1899). Grübler, 23, 97 (1881). Paal, Ber. chem. Ges., jj, 956 (1898). Sjöqvist, Skand. Arch. Physiol., 5, 277 (1895). Starling, Journ. of Physiol., 24, 257 (1899). Sogar die Dimensionen der Eiweißmolekel werden von H. Devaux, Soc. Sei. phys. et nat., Bordeaux (19. Nov. 1903) erwogen. — 3) A. Sabanajew u. Alexandrow, Malys Jahresber., 21, 11 (1891). — 4) Fr. Hofmeister, Ztsch. physiol. Chem., 24, 159 (1897). — 5) W. Sutherland, Chem. Zentr. (1905), II, 141. — 6) Cohnheim u. Krieger, Ztsch. Biolog., 40, 95 (1900). — 7) Hantzsch, Ber. chem. Ges., 32, 575 (1899). — 8) Bredig, Ztsch. Elektrochem., 6, 33 (1899). Winkelblech, Ztsch. physikal. Chem., 36, 546 (1901). Vgl. auch Spiro u. Pemsel, Ztsch. physiol. Chem., 26, 233 (1898). § 4. Abbau des Eiweißmolekels; Eiweißhydroiybe und die Endprodukte derselben. 25 kapazität rühren von einer Reihe von Forschern her (1). Es gibt Eiweiß- stoffe, welche entschieden basischen Charakter haben, wie die durch Ammoniak fällbaren Histone. Dieselben enthalten besonders viele freie NHg- Gruppen durch ihren Gehalt an Diaminoresten. Andererseits ver- halten sich die Globuline ähnlich wie schwache Säuren. Die Nucleo- albumine haben noch stärker saure Eigenschaften, röten Lackmus und treiben COg aus. Auch die PhytovitelUne der Pflanzensamen bilden gut krystalUsierende Kalk- und Magnesiumsalze. Hier sind offenbar zahl- reichere freie COOH- Gruppen vorhanden. Amphotere Substanzen gestatten nicht die direkte Titration der Aoidität. Schiff (2) hat zuerst gefunden, daß Aminosäuren und Protein- stoffe auf Zusatz von Formol sauer werden, indem sich die Aminogruppen mit H • COH zu Methylenimidgruppen GH • N : CHg umsetzen. Sören- SEN (3) zeigte weiter, daß diese Reaktion unter Titration mit Lauge erst dann praktisch angewendet werden kann, wenn man einen Indicator ver- wendet, der uns eine genügend große OH- Konzentration anzeigt, wie Phenol- phthalein, oder noch besser das einen blauen Umschlag gebende Thymol- phthalein. Da die Aminosäuren nicht gleich starke Acidität und Basicität besitzen, sondern etwas stärkere Säuren als Basen sind, so darf man nicht den Neutralitätspunkt als Ausgang für die Titrierung nehmen, sondern eine durch empfindliches Lackmuspapier angezeigte ganz schwach saure Reaktion. Auf die kritische Besprechung dieser von SörensEn und den anderen angeführten Forschern sehr genau studierten wichtigen Methode kann hier nicht eingegangen werden. Sie leistet wertvolle Dienste bei der Verfolgung des stufenweisen Abbaues der Eiweißkörper, wobei allmählich die Zahl der freien COOH- Gruppen gesteigert wird. Andererseits ließ sich das Formolverfahren in Kombination mit der Desamidierungsmethode zur Bestimmung der vorhandenen freien NH 2- Gruppen bei verschiedenen Eiweißkörpern heranziehen, und es haben in der Tat dahin gerichtete Unter- suchungen von Obermayer und Willheim (4) Unterschiede bei verschie- denen Eiweißkörpern hinsichtlich des Quotienten Gesamt- Stickstoff : Zahl der endständigen NHg-Gruppen, der als „Amino-Index" bezeichnet worden ist, aüfgefundeh (5). §4. Abbau des Eiweißmolekels; Eiweißhydrolyse und die End- produkte derselben (6). Wie bei allen Konstitutionsforschungen, so hat auch bei den Eiweiß- körpern der nach verschiedenen Methoden ausgeführte planmäßige Abbau 1) Spiro u. Pemsel, 1. c. Cohnheim, Ztsch. Biol., 33, 489 (1896). W. Erb, Ebenda, 41, 309 (1901). L. v. Rhorer, Pflüg. Arch., qo, 368. (1902). Osborne, Amer. Journ. Physiol, 5, 180 (1901). — 2) H. Schiff, Lieb. Ann., jjo, 25 (1899); 319, 69 u. 287 (1901); 325, 348 (1902). — 3) S. P. L. Sörensen, Biochem. Ztsch., 7, 45 (1907). Compt. rend. Carlsberg, 7, 20 u. 58 (1907); Ztsch. physiol. Chem., 64, 120 (1910). 0. Bailly, Bull. Sei. Pharm., 18, 702 (1911); H. Jessen-Hansen, Abderhaldens Handb; biochem. Aib.meth., 6, 262 (1912); F. Obermayer u. Will- heim, Biochem. Ztsch., 50, 369 (1913). A. Costantino, Ebenda, 51, 91 (1913). A. Clem- , Atti Acc. Line. (5), 24, 352 (1915); Ebenda, p. 51 u. 102; Arch. Farm, spar., 21, 215 (1916). Glagolew, Biochem. Ztsch., 70, 117 (1916). Bang, Ebenda, 72, 101 (1915); Jodidi, Journ. Amer. Chem. Soc, 40, 1031 (1918). — 4) Fr. Obermayer u. R. Willheim, Biochem. Ztsch., 38, 331 (1912); 50, 369 (1913). Kolloidchem. üb. Desamidoglutin: Blasel, Ebenda, 58, 417 (1914). — 5) Vgl. auch die Gegenüberstellung der Methylierungsraethode mit der Formol- titrierung bei S. Edlbacher, Ztsch., physiol. Chem., 107, 52 (1919). — 6) Vgl. bes. Fr. Hofmeister, Ergebn. d. Physiol., I, i, 764 (1902). Zemplen u. Fuchs, Abder- haldens biochem. Handlexik., 9, 65 (1916). 26 ZweiunddreißigBteB Kapitel: Diephysik. u. ehem. Eigenech. pflanzl. ProteinBtoffe> zu den wichtigsten Aufschlüssen über Aufbau und verwandtschaftliche Beziehungen geführt. Man bediente sich der Einwirkung von Enzymen, Säuren und Alkalien in verschiedenen Konzentrationen, auch in Kombi- nation mit erhöhtem Druck, der Kalischmelze, einer Reihe von oxydieren- den Mitteln, der Einführung von Halogenen, Nitrogruppen und anderer Substitutionen. Weitaus die größte Bedeutung hat neben der enzymatischen Hydrolyse der Abbau durch verdünnte Mineralsäuren erlangt, durch welchen eine erschöpfende Kenntnis der einzelnen konstituierenden Gruppen, der ,, Bausteine" des Eiweiß, wie ein vielgebrauchter Ausdruck von Abderhalden lautet, vermittelt worden ist. Zweifelsohne erhält man als schließliche Produkte der Säurehydrolyse eine Reihe von ver- schiedenen Aminosäuren, aus jeder Eiweißart in charakteristischer Aus- wahl und Menge, so daß kein Zweifel mehr bestehen kann, daß diese Gruppierungen, welche Aminosäureresten entsprechen, bereits im Eiweiß vorgebildet sind, und nicht erst sekundär bei der Säurehydrolyse ent- stehen. Die gegenteilige Ansicht, wie sie von 0. Loew(1) noch bis in die letzte Zeit vertreten wird, kann nicht mehr anerkannt werden. Die Art der verwendeten Säure ist nach den vorliegenden Erfahrungen (2) nicht von Belang für den Erfolg der Reaktion. Verdünnte Säure bei niedrigerer Temperatur gestattet ähnliche Effekte zu erreichen wie mit peptonisieren- den Enzymen (3). Die Gruppierungen höherer Ordnung konnten mit Hilfe der Hydro- lysenmethoden in neuerer Zeit gleichfalls zum Teile festgestellt werden. Am längsten bekannt sind hiervon jene noch immer sehr großen Komplexe, die man reichlich bei der Pepsin Wirkung als Proteosen und Peptone er- hält. Die Brücke zu den Peptonen bilden aber jene, zuerst auf Grund mehr spekulativer Prinzipien erschlossenen, Verkettungen von Amino- säuren, welche E. Fischer, der Mch um die Kenntnis dieser hochwichtigen Stoffe die allergrößten Verdienste erworben hat, als Polypeptide benannt hat. Hiervon später. Eine wichtige methodische Aufgabe war es, das dunkel gefärbte Reaktionsgemisch, wie es aus der Säurehydrolyse resultiert, genau quantitativ zu analysieren, so daß man sagen kann, wieviel von dem Eiweiß-N und dem Eiweißkohlenstoff, sowie von Schwefel auf jede einzelne Aminosäure- gruppe entfällt. In dieser Richtung hat es sich zunächst als möglich heraus- gestellt, die verschiedenen Bindungsarten des Eiweißstickstoffes quantitativ zu erforschen, und so eine Gruppierung der einzelnen Kerne in großen Zügen zu erlangen. Auf Grund von Anregungen seitens Nasse und E. Schulze hat zunächst Hausmann (4) in Hofmeisters Laboratorium einen solchen Weg angegeben, der sich in der Folge in den Händen Osbornes und anderer Forscher (5) als sehr nutzbringend erwiesen hat. Für die Bestimmung des 1) 0. LoEW, Chem.-Ztg., 29, 604 (1905). — 2) Lit. E. Abderhalden, Ztsch. physiol. ehem., 68, ^17 (1910). Handb. biochem. Arb.meth., 2, 470 (1909). Levene u. Alsberg, Biochem. Ztsch., 4, 312 (1907). A. Oswald, Ztsch. physiol. Chem., 62, 492 (1909). M. Pfannl, Monatsheft. Chem., 31, 81 (1910). Zd. Skraup u. TüRk, Ebenda, 30, 287 (1909). H. Mathieu, Compt. rend.-, j^«, 1218(1909); Journ. de Physiol, jj, 393 (1909). Fluorwasserstoffsäure: L. Hugounenq u. A. Morel, Compt. rend. 146, 1291 (1908); Bull. Soc. Chim. (4), 3, 1146 (1908); Compt. rend., 149, 41 (1909). Ameisensäure: N. Zelinskji, Chem.-Ztg., 36, 824 (1914). Alkoho- lische Säuren: K. Landsteiner, Biochem. Ztsch., 58, 362 (1914); Weizmann, Biochem. Journ., 7, 437 (1913); Herzig u. Landsteiner, Biochem. Ztsch., 67, 334 1914). — 3) E. Swirlowskt, Ztsch. physiol. Chem., 48, 252 (1906). — 4) W. Haus- mann, Ztsch. physiol. Chem., 27, 95 (1899); 29, 136 (1900). Fried mann, Ebenda, 29, 51 (1899). — 5) Osborne u. Harris, Journ. Amer. Chem. Soc, 25, 323 (1903). Ztsch. analyt. Chem., 43, 286 (1904). C. H. Rothera, Hof meist Beitr., 5, 442. § 4. Abbau des Eiweißmolekels; Eiweißhydrolyse und die Endprodukte derselben. 27 Gesamtstickstoffes (1) im Eiweiß, wie in den einzelnen Fraktionen kommt heute kaum eine andere Methode in Betracht, als die genial von Kjeldahl ersonnene. Sie beruht auf der quantitativen Überführung des Eiweiß- stickstoffes in Ammoniak bei der eingreifenden Behandlung mit kochender konzentrierter Schwefelsäure unter Zusatz eines passenden Katalysators; ihre genaue Beschreibung wird in allen analytischen Handbüchern geliefert (2), Daß der Gesamt-N auf diese Weise als Ammoniak erhalten wird, beweist uns, daß derselbe nur als Amid-N oder Imid-N vorliegen kann oder in solchen über- geht. Es läßt sich jedoch ein Teil des Eiweiß-N leicht schon durch gelinde Säureeinwirkung als N H gabspalten und kann nach Übersättigen des Reaktions- gemisches mit Magnesia überdestilliert und quantitativ bestimmt werden. Dies ist die als „leicht abspaltbarer N" oder als „Amid-N" bezeichnete Fraktion. Vou den im Destillationsrückstande befindlichen, weitaus die größte N-Menge enthaltenden N- Verbindungen kann ein weiterer Anteil durch Phos- phorwolframsäure niedergeschlagen werden. Hierbei scheiden sich die auch aus verdünnter Lösung fällbaren Phosphowolframate der Diaminosäuren Lysin, Arginin und Histidin aus (3), Im Filtrate bleiben die Monamino- säuren, deren Gesamt-N nach Kjeldahl summarisch bestimmt wird, und die nun nach dem von E. Fischer (4) begründeten Verfahren der Überführung in die Äthylester und deren fraktionierte Destillation getrennt werden. Will man die Abbauprodukte nach der Estermethode isolieren, so wh*d man den Eiweißabbau von vornherein mit rauchender Salzsäure vornehmen. Der stark eingeengte Rückstand der Reaktionsprodukte wird mit dem mehr- 1) In bestimmten Fällen könnte auch die mikrogasometrische N-Bestimmung nach Pbegl in Betracht kommen. Hierzu Dubsky, Chem.-Ztg., 40, 201 (1916); H. Fischer, Ber. ehem. Ges., 51, 1322 (1918). — Die Methode von 0. Folin u. Farmer, Journ. biol. Chem., 11, 493 (1912), das NH, colorimetrisch mit Nessler- Reagens zu bestimmen, ist weniger genau. Hierzu: Gulick, Journ. biol. Chem., j8, 541 (1914); Folin, Ebenda, 21, 195 (1916); 26, 473 (1916); Bock u. Benedict, Ebenda, 20, 47 (1915); Kahn, Ebenda, 28, 203 (1916); Harding u. Warneford, Ebenda, 21, 69 (1915); Rose u. Coleman, Biochem. Bull., 3, 407 (1914). — 2) In der Modifikation von Wilfarth, Chem. Zentr. (1885), p. 17. Historisches b. Sal- KOWSKi, Biochem, Ztsch., 82, 60 (1917). — Neuberg, Hofmeist. Beitr., 2, 214 (1902). BöMER, Chem.-Ztg., 19, 166 (1895). L. Sörensen u. C. Pedersen, Compt. rend. Carlsberg, 6, 126 (1905). Ztsch. physiol. Chem., 39. 513 (1903). W. van Run, Pharm. Weekbl., 48, 27 (1911). P. Rona, Abderhald. Handb. biochem. Arb.meth., i, 340 (1909). Heubner u. Wiegner, Journ. f. Landw., 57, 385 (1910). A. C. Andersen, Skand. Aach. Physiol., 25, 96 (1911). Kimberly u. Roberts, Journ. Infect. Diseas., Suppl.bd. II (1906). J. A. Brown, Chem. News, 102, 61 (1910). P. A. Self, Pharm. Journ. (4), 34, 384 (1912); E. Saekowski, Ztsch. physiol. Chem., 57, 523 (1908). Siegfried u. 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Ztsch.,. 84, 369 (1917); Bang, Ebenda, 88, 416 (1918); Pinkussohn, Ebenda, 99, 267(1919). — 3) Phosphorwolframate: M. Barber, Monatsheft. Chem., 27, 379 (1906). Levene, Journ, Exp. Med., S, 463 (1906). Proceed. Sect. Am. Chem. Soc. Januavy 1906. Ztsch. physiol. Chem., 47, 149 (1906). Monaminosäuren werden nur zum Teil und nur in ganz konzentrierter Lösung gefällt. Vgl. auch Drummond, Biochem. Journ., J2, 5 (1918). — 4) E. Fischer, Ztsch. physiol. Chem., 33, 153 (1901). Ber. ehem. Ges., 34, 433 (1901). E. Abderhalden, Handb. biochem. Arb.meth., 1, 470 (1910). B. 0. Pribram, Monatsheft. Chem., jj, 51 (1910). 28 Zweiunddreißigstes Kapitel : Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. fachen Volum absoluten Alkohols versetzt und mittels gasförmigem HCl verestert. Um aus den Ester chlorhydraten die freien Äthylester zu gewinnen, hat man mit Natronlauge unter starker Kühlung zu verseifen und die freien Ester mit Äther aufzunehmen. Nach Entfernung des Äthers können die Ester unter stark vermindertem Druck durch Erwärmen auf dem Wasser- bade, sodann auf dem Ölbade bis zu 180" fraktioniert destilliert werden. Dieser gar nicht einfach auszuführende Prozeß gestattet es bis jetzt noch nioht mehr als 50—60% der vorhandenen Aminosäuren zu gewinnen (1); auch aus künstlich hergestellten Gemischen von Aminosäuren war es nicht möglich, dieselben in besserer Ausbeute wiederzuerhalten. Die Verluste betreffen alle Aminosäuren ziemlich gleichmäßig. Schließlich ist die Er- gänzung obiger Methoden durch das von van Slyke (2) ausgearbeitete Verfahren zu erwähnen, welches die bereits lange bekannte Reaktion von Aminogruppen mit HNOg unter Bildung von freiem N wieder in Aufnahme brachte. Wenn man dafür Sorge trägt, daß das aus der salpetrigen Säure entstehende Stickoxyd durch filkalische Permanganatlösung rasch weg- oxydiert wird, so kann man den Ng in Gasform bequem auffangen und aus seinem Volum einen Rückschluß auf die zerstörten N Hg- Gruppen ziehen. In Kombination mit der obenangeführten HAUSMANNschen N- Fraktionierung gewinnt man so rasch eine Orientierung über die quantitativen Verhältnisse der N- Bindung in Eiweißstoffen, mit dem Vorteile, daß nur kleine Material- mengen für diese Analyse nötig sind. Obwohl manche methodische Schwierigkeiten bestehen und außer den erwähnten Verlusten bei der Estermethode insbesondere auch die Auf- schließung des Phosphorwolframsäureniederschlages ein erschwerendes Moment bildet, so hat man dennoch an der Hand dieser Hilfsmittel über- raschend erfolgreiche Studien über dte Verschiedenheiten im Aufbau der einzelnen Biweißklassen erhalten. So zeigen in den Analysen von Osborne die in dieselbe Gruppe gehörenden uad einander sehr ähnlichen Reserve- proteide aus Samen unzweideutig verschiedenen Gehalt an Diamino-N; für die alkohollöslichen Samenproteide ist der hohe Gehalt an Amido-N charakte- ristisch usw. Pick hat die Proteosen mit Erfolg hinsichtlich der Unterschiede der N-Fraktionen untersucht. Über die Verteilung des Eiweiß-N auf die Bindungsformen als Amid-N, Monamino-N und Diamino-N bei verschiedenen pflanzlichen und tierischen Proteinstoffen orientiert die nachfolgende Tabelle. In Prozenten des Gesamt-N Amid-N Monamino-N Diamino-N Coniferensameneiweiß .... 10,3 56,9 32,8 E. Schulze Zein aus Mais 21,1 Henderson Edestin aus Hanf 10,25 54,99 38,15 ] Casein 13,37 75,98 11,71 [ Hausmann Ovalbumin krystall 8,53 67,80 21,33] Histon - 38,40 40,50 Kossel Leim 1,61 62,56 35,83 Hausmann Heteroproteose 6,45 57,40 38,93 1 „ Protalbumose 7,14 68,17 25,42/^^^^ (beide aus Wittepepton) 1) Th. Osborne u. D. Br. Jones, Amer. Journ. Physiol., 26, 212 (1910). Ebenda, p. 305. N. Zelinsky, Ztsch. physiol. Chem., 73, 469 (1911). Abderhalden u. A. Weil, Ebenda, 74, 445 (1911); 76, 59(1912); 77, 285(1912). Levene u. van Slyke, Biochem. Ztsch., 10, 214 (1908). E. Fischer, Ber. chem. Ges., 39, 530 (1906). C. Paal u. Weidenkaff, Ebenda, p. 810; Abderhalden u. Weil, Ztsch. physiol. Chem., 81, 226 (1912). F. W. Foreman, Journ. Agr. Soc, 4, 430 (1912). — 2) D. VAN Slyke, Journ. of. biol. Chem., 10, 15 (1911); 9, 185 (1911); 12, 275 § 4. Abbau des Eiweißmolekels; Eiweißhydrolyse und die Endprodukte derselben. 29 OsBORNE gab folgende Werte in Prozenten der Eiweißtrockensub- stanz an (1): Amid-N Monamino-N Biaraino-N GesamUN Weizenglobulin 1,42 9,82 6,83 18,39 Edestin aus Hanf 1,88 10,78 5,91 18,64 Gossypiumglobulin 1,92 11,01 5,71 18,64 Conglutin aus Lupine 2,65 10,30 5,13 18,21 Zein aus Mais 2,97 12,51 0,49 16,13 Casein aus Kuhmilch 1,61 10,31 3,49 15,62 Excelsin von Bertholletia .... 1,48 10,97 5,76 18,30 Legumin 1,69 10,92 5,18 17,97 Leucosin aus Weizen 1,16 11,83 3,50 16,93 Glutenin von Weizen 3,30 11,95 2,05 17,49 Gliadinin 4,20 12,41 0,98 17,66 Die von van Slyke vorgeschlagene Analyse (2) beseitigt zunächst durch Destillation unter vermindertem Drucke bei gewöhnlicher Temperatur alles freie Ammoniak, welches die Säurehydrolyse geliefert hat. Nach OsBORNE (3) entspricht dieser Amidstickstoff meist dem der beiden Di- carbonsäuren, Glutaminsäure und Asparaginsäure, so daß es wahrschein- lich ist, daß diese beiden Aminosäurereste als Säureamidgruppen vorliegen, Glutamin und Asparagin. Man würde demnach schon daraus einen Rück- schluß auf den Gehalt an diesen Aminosäuregruppen ziehen können. Der zur Austreibung des Ammoniaks zugesetzte Kalk adsorbiert alle schwarz gefärbten Reaktionsprodukte, die man als ,, Melanine" zusammenfaßt (4). Ihr nach Kjeldahl bestimmter N wird als Melanin-N in Rechnung gestellt. Nun fällt man das Filtrat vom melaninhaltigen Kalk mit Phosphorwolfram- säure und schließt diesen Niederschlag in gewohnter Weise mit Baryt auf. Darin ist Cystin, auf dessen Quantität man durch eine Schwefelbestimmung schließen kann, enthalten, sodann die drei Diaminosäuren Arginin, Lysin und Histidin. Ein Schluß auf die vorhandene Argininmenge läßt sich auf Grund der Tatsache ziehen, daß es mit verdünntem Alkali erhitzt die Hälfte seines N als NH 3 abgibt (5). Da nun vom Stickstoff des Histidin '/s und vom Argininstickstoff ^ nicht mitHNOg reagiert, so kann man, wenn man den Gesamt-N der Phosphorwolframfraktion kennt, den Histidin-N dadurch berechnen, daß man vom Gesamt-N-Gehalte der Fraktion % des Arginin-N n. 295 (1912); Ber. ehem. Ges., 44, 1690 (1911). Van Slyke u. F. J. Birchard, Proc. Soc. Exp. Biol. Med., 9, 113 (1913). Van Slyke, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 5, 995 u. 1011 (1912); 6, 278 (1912); H. Bierry, Soc. Biol., 75, 129 (1913). Mikromcthode: Van Slyke, Journ. Biol. Chem., 23, 407,411; 22, 281 (1916). — Hart u. Sure, Ebenda, 28, 241 (1916); 31, 527. Michell u. Eckstein, Ebenda, 33, 373 (1918). Slyke, Ebenda, 16, 121, 125, 187, 531, 539 (1914); Rosenberg, Biochem. Ztsch., 62, 157 (1914); Andersen u. Roed-Müller, Ebenda, 73, 326 (1916). Brewsteru. Alsberg, Proc. Soc. Exp. Biol., 12, 192 (1915). 1)Th. B. Osborne u. J. f. Harris, Journ. Amer. Chem. Soc, 25, 323 (1903). — 2) Siehe auch die vergleichenden Untersuchungen mit Slykes Methode und Formoltitrierung bei F. C. Cook, Journ. Amer. Chem. Soc, 36, 1551 (1914). — 3) Th. B. Osborne, Leavenworth u. Brautlecht, Amer. Journ. of Physiol., 23, 180 (1908). — 4) Die Entstehung dieser melanin- oder huminartigen Körper muß wohl auf Rk. zwischen Aldehyden, die aus Aminosäuren entstehen und Kohlehydrat- gruppen zurückgeführt werden. Vgl. Gortnlr, Journ. Amer. Chem. Soc, 37, 1630 (1915); Joum. Bio]. Chem., 26, 177 (1916); Journ. Amer. Chem. Soc, jp, 2477(1917); Roxas, Journ. Biol. Chem., 27, 71 (1916). Nach Clementi, Arch. di Farm., 20, 561 (1915) kann man die Melanine ohne Verlust an Monamino-N mit kolloidalem Eisenhydroxyd ausflocken. — 5) Vgl. A. Kossel u. N. Gawrilow, Ztsch. physiol. Chem., 81, 274 (1912). 30 Zweiunddreißigstes Kapitel : Die physik. u. ehem. Eigensch. pf lanzl. Proteinstoffe. subtrahiert und die Differenz mit ^/j multipliziert. Diese indirekte Methode Jieferte immerhin Werte, welche nur bis 1% Abweichungen von der Theorie zeigten. Den Lysin-N rechnet man aus der Differenz des Gesamt-N der Fraktion und dem N- Gehalt der drei anderen Aminoderivate. Schließlich läßt sich, die nicht mit Phosphorwolframsäure fällbare Fraktion mittels der HNOg-Methode in zwei Teile trennen, von denen der eine alle Aminosäuren aufweist, welche nur Amino-N enthalten: Glutaminsäure, Asparaginsäure, Tyrosin, Phenylalanin, Serin, Leucin, Isoleucin, Valin, Alanin und GlykokoU, die andere das Prolin, Oxyprolin und Tryptophan enthält, die wie die beiden ersten Säuren entweder nur Nichtamino-N enthalten, oder den halben N als Nichtamino-N wie das Tryptophan. Diese Analysen lieferten van Slyke Zahlen für die Verteilung des Eiweiß-N, die in ihrer Summe nur äußerst wenig von 100% abwichen. Als Beispiele seien folgende Analysen angeführt. Atnmon. Melanin Cystin Arginin Histidin Lysin Amino-N Nichtamino-N N N N N N N im Filtrat d. Filtrates Gliadin (Tiiticum) . 25,52 0,86 1,25 5,71 5,20 0,75 51,98 8,50 Edesün (Cannabis) . 9,99 1,98 1,49 27,05 5,75 3,86 47,55 1,7 Keratin (Httndebaar) 10,05 7,42 6,60 15,33 3,48 5,37 47,50 3,1 Glutin 2,25 0,07 0,0 14,70 4,48 6,32 56,3 14,9 Fibrin 8,32 3,17 0,99 13,86 4,83 11,51 54,2 2,7 Hämoglobin . . . 5,24 3,60 0,0 7,70 12,7 10,9 57,0 2,9 Auf die Ergebnisse der FiscHERschen Estermethode, die es gestattete, auch den Amino-N des Filtrates vom Phosphorwolframniederschlage er- schöpfend zu fraktionieren, wird eingehend weiter unten zurückzukommen sein. Zunächst eine Übersicht über die bisher erhaltenen einzelnen Pro- dukte der totalen Eiweißhydrolyse. A. Stoffe, welche bei der Säurehydrolyse des Eiweiß Ammoniak- stickstoff liefern. Wie aus den oben mitgeteilten Zahlen hervorgeht, wird nur ein relativ geringer Anteil vom Gesamt- Eiweiß-N als NH3 beim Kochen mit Säure ohne weiteres abgespalten (1). A priori ist es möglich, daß NH3 direkt vor- gebildet ist, daß es sich um leicht verseifbaren Säureamid-N, wie im Asparagin und Glutamin in der Form R • CO • NHo, eventuell der tautomeren (2) Form R • Cf _. „, oder um Imid-N, eventuell um Nitril-N üandelt, welche \0H letzteren gleichfalls beim Kochen mit Säure zu Ammoniaksalzen verseift werden müssen. Von allen diesen Eventualitäten kommt nur die Präexistenz von Säureamidgruppen ernstlich in Betracht, und es ist sogar wahrschein- lich, daß nur die, auch bei der fermentativen Hydrolyse zu erhaltenden, Gruppen des Asparagin und Glutamin den Amido-N liefern, zumal die quantitativen Ergebnisse mit dieser Ansicht übereinstimmen. Schon Nasse (3) fand, daß die bei der Säurehydrolyse entwickelte NHj-Menge bei den einzelnen Eiweißstoffen differiert. Bei Barythydrat- spaltung wird erheblich mehr Ammoniak gebildet. Auch tryptische Eiweiß- 1) Vgl. F. Müller, Ztsch. pbysioL Chem., 38, 286 (1902). Winkler, Ztsch. analyt. Chem., 61, 290 (1902). Rothera, 1. c. Skraup, Monatsh. Chem., 29, 265 (1908); Gaillot, Ann. Sei. Agron. fran?., 30, 116 (1913). — 2) Vgl. Eschweilee, Ber. chem. Ges., 30, 998 (1897); Hantzsch u. Voegelen, Ebenda, 34, 3142 (1901). — 3) Nasse, Pflüg. Arch., 6, 589 (1872); 7, 139 (1872); 8, 381 (1874). E. Schulze, Ergebn. d. Physiol., i, I, 61 (1902). Zur Ammoniakbestimmung: Dillingham, Journ. Amer. Chem. Soc, 36, 1310. Bindung des NH, im Eiweiß: A. C. Andersen u. RoED-MiJLLER, Biochem. Ztsch., 70, 442 (1915). § 4. Abbau des Eiweißmolekels; Eiweißhydrolyse und die Endprodukte derselben. 31 Hydrolyse spaltet NH3 ab, doch nach Dzierzgowski und Salaskin(I) erheblich weniger als bei der Säurehydrolyse. Das bei bacteriellen Eivveiß- spaltungen auftretende Ammoniak ist nur teilweise durch das Bacterien- trypsin entbunden. Die bei der Eiweißfäulnis entstehenden Amine Methyl-, Dimethyl- und Trimethylamin, sind hinsichtlich ihrer Entstehung noch nicht ganz geklärt (2). Das Trimethylamin dürfte wohl dem Cholin resp. den Leoithiden der Gewebe entstammen und mit den Proteinstoffen nichts zu tun haben. B. Stoffe, welche bei der Säurehydrolyse des Eiweiß Monamino« Stickstoff liefern. Die oben gegebenen Zahlen zeigen, daß der größte Teil der N-hältigen Gruppen des Eiweißmolekels hierher gehört. Die Analyse dieser Fraktion setzt infolge ihrer äußerst komplizierten Zusammensetzung die größten Schwierigkeiten entgegen, und die früheren Methoden, die sich zur Trennung der einzelnen Monaminosäuren verschiedener Metallsalze bedienten (3), konnten nur teilweise befriedigende Ergebnisse erzielen. Es blieb immer Raum für die Vermutung, daß ein erheblicher Teil der hier vereinigten Stoffe noch unbekannt sei. Erst die Estermethode nach Fischer schuf eine klarere Sachlage und erlaubte trotz relativ großer Verluste einen viel besseren Ein- blick, nachdem sich die Verluste anscheinend gleichmäßig auf alle vorhan- denen Hydrolysenprodukte verteilen. Man nimmt gegenwärtig vielfach an, daß bis auf vereinzelte Ausnahmen, die in sehr geringer Menge vorkommende Aminosäuren betreffen, wahrscheinlich alle Bausteine des Eiweißmolekels bereits bekannt seien. Die Monaminosäuren der Eiweißhydrolyse sind sämtlich a-Amino- säuren, was für die Eiweißkonstitution, wie wir später auszuführen haben werden, von größter Bedeutung ist. Andere Aminosäuren, wie die /5-Amino- säuren (4), haben keine physiologische Bedeutung und sind interessanter- weise auch für die Stickstoffernährung von ganz untergeordneter Bedeutung Die Eigenschaften der Aminosäuren lassen teils auf das Nebeneinander- bestehen einer freien COOH-Gruppe und einer NHj-Gruppe schließen, teils auf eine betainartige Konstitution, die durch das Schema anzudeuten ist (5). Sie sind nur geringfügig in ihren Lösungen elektrolytisch dissociiert und gehören zu den amphoteren Elektrolyten nach Bredig. Bei der Eiweißhydrolyse erhält man ausschließlich optisch aktivß Modi- 1) Dzierzgowski u. Salaskin, Zentr. Physiol. (1901), p. 249. Hirschler, Ztsch. physiol. Chem., 10, 302 (1886). Stadelmann, Ztsch. Bix)l., 24, 261 (1888). Kutscher, Die Endprodukte d. Trypsinverdauung (1899). — 2) Methylamin: MöRNER, Ztsch. physiol. Chem., 22, 614 (1897). — 3) Vgl. die zahlreichen Arbeiten von E. Schulze. Nickelsalze, verwendet von Orlow, Pharm. Ztg. f. Rußland, 36, 285 u. 301 (1895); Silbersalze von Kutscher, Sitz.ber. Berliner Akad., 26, 588 (1902). Cu- und Ni- Salze: G. Bruni u. C. Fornara, Atti Acc. Line. (5), 13, 26 (1904). Bleisalze: Levene u. van Slyke, Journ Biol. Chem., 5,285(1910); Mercuri- acetat in schwach sodahaltiger Lös.g als Fäll.mittel: C. Neuberg u. Kerb, Biochem. Ztsch,, 40, 498 (1912). — 4) /?- Aminosäuren: Th. Posner, Ber. chem. Ges., 38, 2316 (1905); Verh. Nat.forsch. Ges. (1906), II, j, 70. — 5) Vgl. Sakurai, Chem. News, 69, 237 (1894); 73, 106 (1895). Walker, Ebenda, p. 238. H. Ley u. M. URicg, Ber. chem. Ges., 42, 3440 (1909). Affinitätskonstanten: R. Wegscheider, Monatsh. Chem., 26, 1265 (1905). Geake u. Nierenstein, Ztsch. physiol. Chem., 92, 149 (1914). R. Engeland, Ztsch. ßiolog., 63, 470 (1914). Struktur von Amino- säuren: H. J. Backer, Chem. Weekbl, 12, 943 (1915). 32 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanz!. Proteinstoffe. fikationen jener Aminosäuren, welche ein asymmetrisches G-Atom besitzen. Erst sekundär kann Racemisierung bei der Hydrolyse erfolgen. Synthetisch erhält man in der Regel erst die racemischen Produkte (1). Nach dem Vor- gange Fischers läßt sich die WALDENsche Umlagerung in den meisten Fällen direkt benutzen, um über die Bromfettsäuren von einer der optisch aktiven Modifikationen zu dem Antipoden zu gelangen, und es sind auf diesem Wege nach und nach alle natürhch vorkommenden Aminosäuren der Synthese zugänglich geworden (2). Aus den racemischen Säuren stellt man nach Fischer (3) die beiden optisch-aktiven Modifikationen mit Hilfe der Über- führung in den Benzoylester und Herstellung der Brucinsalze dar. Wie CuRTius (4) zuerst zeigte, entsteht beim Stehen von GlykokoU- esterlösung bei Zimmertemperatur aus dem Glykokoll eine eigentümliche cyclische Verbindung der Form CHg • CO • NH NH • CO • CHa, das Glycinanhydrid oder Diketopiperazin. Die analoge Verbindung aus Alanin ist das schon länger bekannte Lactimid CH3 • CH • NH • CO CO • NH . CH • GH3. Die zum Glycinanhydrid zugehörige komplexe Aminosäure, das Glycylglycin NHg • CHg • CO • NH • CHg • COOH, welche E. Fischer (5) zuerst kennen gelehrt hat, ist der ein- fachste Repräsentant der sogenannten Polypeptide. Zur Abscheidung von Aminosäuren ist außer denMetallverbindungen(6) die von E. Fischer (7) eingeführte Herstellung der /3-Naphthalinsulfo- und Toluolsulfoderivate von Bedeutung. Neuberg (8) empfahl zur Charak- terisierung der Aminosäuren die Bereitung der Verbindungen mit a-Naphthyl- Isocyanat. Anwendung finden sodann die Verbindungen mit Pikrinsäure und Pikrolonsäure (9). Darin (10^ konnte mittels Butylalkoholextraktion die Monaminosäuren von den Diamino- uhd Dicarbonsäuren vorteilhaft trennen und sah die Schwierigkeiten der Reindarstellung einzelner Säuren dann vermindert. Von Interesse ist sodann die Bildung von Carbamino- 1) Spaltung raemis6her Aminosäuren: A. Colombano u. Sanna, Atti Acc. Line. Roma fö), 22, II, 234 u. 292 (1913). — 2) Synthese: E. Fischer u. W. Schmitz, Ber. ehem. Ges., 39, 351 (1906). Knoopu. Hoessli, Ebenda, 39, 1477 (1906); Zelinsky u. Stadnikoff, Ebenda, p. 1722 (1906). Sörensen u. Höyrup, Ztsch. physiol. ehem., y6, 44 (1911); 46, 448 (1905); Compt. rend. Carlsberg, 6, (1905). Neuberg, Biochem. Ztsch., /, 282 (1906). — 3) E. Fischer, Ber. ehem. Ges., j2, 2461 (1899); ebenda 3638; jj, 2370 u. 2383 (1900), Colombano, Sanna u. Delitala, Gazz. ehim. ital., 44, I, 91 (1914); Pellini u. Coppola, Aec. Line. (5), 23, I, 144 (1914); Einflüsse auf opt. Akt.: J. K. Wood, Journ. Chem. Soe., J05, 1988 (1914). — 4) Th. Curtius u. F. Göbel, Journ. prakt. Chem., 37, 150 (1888). CuRTius u. H. Schulz, Ber. ehem. Ges., 23, 3041 (1890). — Über Anhydride und Amide der a-Aminosäuren vgl. Graziani, Atti Acc. Line. (5), 24, 822 u. 936 (1915). — 5) E. Fischer, Ber. chem. Ges., 34, 2868 (1901); 35, 1095 (1902). — 6) Fällung mit Mereuriaeetat und Soda: C. Neuberg, Biochem. Ztsch., 6^, 119 (1914); Kupfer: Kober, Journ. Ind. and. Eng. Chem., 9, 501 (1917). — 7) E. Fischer u. Bergell, Ber. ehern, Ges., 35, 3779 (1902); G. Fossner, Ztsch. physiol. Chem., 47, 15 (1906). E. KoENiGS u. Mylo, Ber. chem. Ges., 41^ 4427 (1908). Bergell, Ztsch. physiol. ehem., 59, 465 (1914); W. Lob, Chem.-Ztg., 3g, 369 (1915). Nitrotoluolsulfonsäure- derivate: M. Siegfried, Ztsch. physiol. Chem., 43, 68. Dinitrochlorbenzolverbin- dungen: Abderhalden u. Blumberg, Ebenda, 65, 318 (1910). Phthalylderivate: S. Gabriel, Ber. ehem. Ges., 41, 242 (1908). — 8) C. Neuberg u. E. Rosenberg, Biochem. Ztsch., 5, 456 (1907). Neuberg u. Manasse, Ber. ehem. Ges., 38, 2359 (1905). — Ureide: A. Morel, Compt. rend., jr<^3, 119(1906). Fr. Lippich, Ber. ehem. Ges., 41, 2953 u. 2974 (1908). — 9) Pikrylverbindungen : K. Hirayama, Ztsch. physiol. Chem., 5g, 290 (1909). Pikrolonsäureverbindungen: Levene u. van Slyke, Journ. Biol. Chem., 12, 127 (1912). — 10) H. D. Darin, Biochem. Journ., 12, 290 (1918). § 4. Abbau des Eiweißmolekels; Eiweißhydrolyse und die Endprodukte derselben. 33 säuren bei der Einwirkung freier COg auf Aminosäuren, die Siegfried (1) studierte, sodann die Verbindungen mit Ammoniak, die Bergell (2) als Diaminoacylimide charakterisierte. Abderhalden (3) lehrte die Glycerin- verbindungen, sowie die Verbindungen von Aminosäuren mit Fettsäure- resten und mit Cholesterin (4) näher kennen. Zur Abscheidung der Amino- säuren aus Lösungen benutzte Pfeiffer (5) Neutralsalze. Bei dieser Lös- lichkeitsbeeinflussung wurden Molekülverbindungen angenommen (,,Amphi- salze"). Das Studium der Oxydations- und Reduktionserscheinungen bei Aminosäuren hat zu bemerkenswerten Beziehungen zu den Fettsäure- aldehyden geführt. So kam Dakin (6) bei Behandlung der Monamino- säuren mit HgOg und Eisensalz zu den nächst niedrigeren Aldehyden neben Abspaltung von NHg und Ameisensäure, welche zu COg weiter oxydiert wird. Bei der Reduktion erhält man die entsprechenden Aminoaldehyde (7). Wie Ruhemann (8) fand', geben die Aminosäuren, wie die von ihnen abstammenden Polypeptide, Peptone und Eiweißkörper eine schöne blaue Reaktion mit Triketohydrindenhydrat C8H4<^{CO)2^C(OH)2, welche man auch mikrochemisch nach Abderhalden gut benutzen kann. Eine colori- metrische Bestimmung des a-Amino-N läßt sich ebenfalls darauf begrün- den (9). Eine weitere Farbenreaktion ist die von Chodat (10) beschriebene Probe mit Tyrosinase und p-Kresol, welche mit Aminosäuren, Peptonen und Eiweiß in verschiedener blauer und violetter Nuance erscheint. Zur mikrochemischen Aufsuchung von Aminosäuren leistet nach Kober(11) übrigens auch die Vermehrung des Lösungsvermögens für alkalische Kupfer- lösung gute Dienste, Spektrographisch wurden die Aminosäuren durch Kober (12), geprüft. Im Ultraviolett zeigen aromatische Aminosäuren charakteristische Bander. Von den einzelnen Monaminosäuren kennt man bisher die folgenden als Produkte der Eiweißhydrolyse. 1. DasGlykokoll, zuerst 1820 durch Braconnot (13) bei der Säure- hydrolyse von Leim entdeckt, 1848 von Laurent (14) als Aminoessigsäure erkannt. Als Spaltungsprodukt der von Liebig (15) 1829 dargestellten Hippursäure konstatierte es zuerst Dessaignes (16), wodurch die Konsti- tution der Hippursäure als Benzoylaminoessigsäure aufgeklärt wurde. 1) M. Siegfried, Ztsch. physiol Chem., 46, 85 u. 401 (1905); 54, 423 '(1908) u. 437; 81, 260 (1912). Ber. chem. Ges., 39, 397 (1906). Ergebn. d. Physiol., 9, 334 (1910). — 2) P. Bergell, Ztsch. physiol. Chem., 51, 207 (1907); 54, 258 (1908); 55, 173 (1908); 64, 348 (1910); 65, 489 (1910); 67, 97 (1910); 76, 464 (1912); 97, 293 (1916); 99, 160 (1917). — 3) Abderhalden u. M. -Guggenheim, Ebenda, 65, 63 (1910); 72, 50 (1911). — 4) Abderhalden, Ebenda, 65, 61 u. 69 (1910). S. BoNDi, Biochem. Ztsch., /;, 543 u. 553 (1909); 23, 499 u. 510 (1910). Oxalylverbindungen: Meijeringh, Rec. trav. chim. Pays Bas, 32, 140 (1913). — B) P. Pfeiffer u. Wittka, Ber. chem. Ges., 48, 1041, 1289, 1938 (1915); Ztsch. Physiol. Chem., 97, 128 (1916); Euler, Ebenda 291. — 6) H. D. Dakin, Journ. Biol. Chem., i, 171 (1906). C. Neuberg, Biochem. Ztsch., 20, 531 (1909). Auch Oxydation mit Chloramin hat ähnliche Ergebnisse: H. D. Dakin, Biochem. Journ., ij, 79 (1917). — 7) C. Neuberg u. Kansky, Biochem. Ztsch., 20, 450(1909); Ber. chem. Ges., 41, 956. E. Fischer, Ebenda, 1019 (1908). Langheld, Ebenda, 42, 392 (1909) u. 2360. — 8) S. Ruhemann, Journ. Chem. Soc, 97, 1438 u. 2025 (1910). Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., 72, 37 (1911). Über mögliche Täuschungen durch andere Aminoderivate vgl. C. Neuberg, Biochem. Ztsch., 56, 500 (1913). — 0) V. J. Harding u. Mac Lean, Journ. Biol. Chem., 20, 217 (1915). Bolland u. Nobel, Chem.-Ztg., 39, 727 (1915). — 10) R. Chodat, Arch. Sei. Phys. et Nat. Geneve (4), 33, 70 u. 226 (1912). — 11) Ph. A. Kober u. Sugiura, Journ. Amer. Chem. Soc, 35, 1546 (1913). — 12) Kober, Journ. Biol. Chem., 22, 433 (1916). — 13) H. Braconnot, Ann. Chim. et Phys. (2), 13, 113 (1820). — 14) A. Lau- rent, Ebenda, (3), 23, 110 (1848). — 15) Liebig, Pogg. Ann., 17, 389 (1829). Ann. Chim. et Phys. (2), 43, 188 (1830). — 16) Dessaignes, Ann. Chim et Phys., (3), 17, 50 (1846). Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 3 34 Zweiunddreißig»*«s Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. Durch Benzoylierung ist Hippursäure aus GlykpkoU leicht zu erhalten (1). Man hat diese Überführung in Hippursäure zur quantitativen Glykokoll- bestimmung herangezogen (2); E. Fischer (3) hat durch die Krystallisation des salzsauren Glykokolläthylesters befriedigende Resultate erzielt, indem derselbe in Alkohol schwer löslich ist. Die Aminoessigsäure ließ sich auch als /5-Naphthylsulfosaures Salz (4), als Pikrinsäure- (5) und Pikrolonsäure- verbindung (6) isolieren. Die allermeisten Eiweißkörper liefern zur Be- stimmung hinreichende Glykokollmengen bei der Hydrolyse, doch fand OsBORNE in einer Reihe von Samen- Reserveproteinen wie Gliadin, Hordein, Zein, Vicilin und Vignin kein Glykokoll auf, und andere lieferten nur sehr wenig (7). Gegen 4%, wie aus Edestin, erhält man bei pflanzHchen Proteinen nur ausnahmsweise. Casein aus Kuhmilch ergibt gleichfalls nur wenig Glykokoll, während Gelatine gegen 8,5% hefert (8). Spiro fand es als Spaltungsprodukt der Heterofibrinose, nicht aber der Protalbumose. Nach Levene (9) ist aus Leim ein Glycinprolin bei der tryptischen Verdauung zu erhalten. Synthetisch stellte Nencki (1 0) die Aminoessigsäure aus Chlor- essigsäure und Ammoniumcarbonat her. Watkins (11) beobachtete beim Kochen von Glykokoll mit Chloralhydrat eine dunkelrote Farbenreaktion. 2. Die a-Aminopropionsäure oder das Alanin ist, wie wir heute wissen, ein bei der Proteinhydrolyse regelmäßig zu erhaltendes Produkt (12). Es ist auch bei der Alkali(Baryt)hydrolyse von Eiweiß nachgewiesen. Sein Äthylester geht bei 10—15 mm Druck zwischen 55'' und 80° über. Es handelt sich um das der d-Milchsäure entsprechende optisch-aktive Alanin, d-Ala- nin (13). Osborne erhielt bei differenten Samenproteinen bis zu 4,5% Aus- beute an Alanin. 3. Phenylalanin. Das ^-Phenylderivat der a-Aminopropionsäure wurde schon vor längerer Zeit von Schulze (14) als Produkt der Säure- hydrolyse von Cucurbitasamenproteid aufgefunden; nach unseren Kennt- nissen ist es ein regelmäßig etwa in derselben Menge wie Alanin aus allen untersuchten Proteinen zu erhaltendes Produkt. Es handelt sich um die 1-Modifikation, dieselbe, die auch in Keimlingen gefunden wird. Nicht zu verdünnte Lösungen von Phenylalanin sind durch Phosphorwolfrarasäure gut fällbar, jedoch nicht, wenn in verdünnteren Lösungen andere Amino- 1) Baum, Ztsch. physiol. Chem., 9, 465 (1885). Spiro, Ebenda, 28. 174 (1899). GoNNERMANN, Pflüg. Afch., 59, 42 (1894). — 2) Ch. S. Fischer, Ztsch. physiol. Chem., 19, 164 (1894). - 3) E. Fischer, Ebenda, 35, 229 (1902). — 4) Abderhalden u. M. GuGGENHbiM, Ebenda, 59, 29 (1909). — 5) Levene, Journ. Biol. Chem., /, 413 (1907); 12, 285 (1912). — 6) Abderhalden u. A. Weil, Ztsch. physiol. Chem , 78, 150 (1912). — 7) Zd. H. Skraup, Monatsh. Chem., 26, 1343 (1905). Vgl. auch Dubrowin, Biochem. Zentr. (1903), Ref. Nr. 357. — 8) Skraup, Monatsh. Chem. 26, p. 1351 (1905). — 9) Levene, Journ. exp. Med., <§, 180, 461 (1906). — 10) Nencki, Ber. chem. Ges., 16, 2827 (1883). Darstellung: Drushel u. Knapp, Silliman, Journ. Sei. (4), 40, 509 (1915). Krystallformen: Falk u. Sugiura, Journ. Biol. Chem., 34, 29 (1918). — 11) E. D. Watkins, Biochem. Bull., 3, 26 (1913). — Hg- Verbindung: Bernardi, Gazz. c'iiim. ital., 44, 11, 257 (1914); Cu-Verbindung: J. Ville, Bull. Soc. Chim ^4), 17, 315 (1915); Formaldehyd: H. Krause, Ber. chem. Ges., 51, 136 (1918), Methylenblaureduktion: F. Hasse, Biochem. Ztsch., 98, 159 (1919). — 12) E. Fischer, Ztsch. physiol. Chem., 36, 271 (1902). Legumin: Bleunard, Compt. rend., 90, 1080 (1880). Fleurent, Ebenda, 121^ 216 (1895). Casein: Skraup, Monatsh. Chem., 26, 1343 (1905). Gelatine: Skraup, Ebenda, p. 1351. Trennung von Valin: Levene u. Slyke, Journ. Biol. Chem., 16, 103 (1913). — 13) Synthese: Zelinsky u. Stadnikoff, Ber. chem. Ges., 41, 2061 (1908); Aufspaltung des racem. Alanin: Colombano u. Sanna, Atti Acc. Line. Roma (5), 22, II, 292 (1913). Reines d-Alanin: E. Fischer, Ber. chem. Ges., 39, 462 (1906). Oxydation: W. Denis, Journ. Biol. Chem., 10, 73 (1911); Pikrolonsäureverbindung: Abderhalden, vgl. Anm. 6. — 14) E. Schulze u. Barbieri, Ber. chem. Ges., 14, 1785 (1881); 16, 1711 (1883). Ztsch. physiol. Chem., 8, 63 (1884); 9, 72 (1884). § 4. Abbau des Eiweißmolekels; Eiweißhydrolyse und die Endprodukte derselben. 35 Säuren, Leucin, Valin zugegen sind (1). Der Phenylalaninäthylester geht nach FiscHER unter 10 mm Druck bei 100—130° über. Man isoliert es am besten durch Verseifung seines Esters. Vom Phenylalanin hat Chelle eine orangegelbe Farbenreaktion mit Formol-H2S04 angegeben (2). Vom Phenylalanin leiten sich einige bemerkenswerte Produkte der Ei- weißfäulnis ab, nämlich die Hydrozimtsäure oder Phenylpropiousäure (Salkowski) (3) und die Phenylessigsäure, sowie das Phenyläthylamin (Nencki) (4) (5), vielleicht auch der von OssiKOVSZKY (6) bei der Fibrin- Pankreas Verdauung gefundene Zimtaldehyd. 4. Das Tyrosin, das p-Oxyderivat des Phenylalanins, ist eine der am leichtesten nachweisbaren Substanzen aus der Reihe der gewöhnlich vorkommenden Produkte der Eiweißhydrolyse. Es ist durch seine Schwer- löslichkeit in Wasser, die Löslichkeit in ammoniakalischem Alkohol, die charakteristischen Farbenreaktionen und seine leicht kenntlichen Krystall- formen in der Regel auch in geringen Mengen gut nachzuweisen. Liebig (7) isolierte es 1846 zuerst aus Käse, Hinterberger (8) hierauf aus den Eiweiß- spaltungsprodukten. Die aus Samenproteinen zu gewinnenden Tyrosin- mengen betragen meist zwischen 1—3% (9). Casein aus Milch liefert über 4%, und aus Seidenfibroin vermag man, wie Abderhalden (1 0) fand, über 10% an Tyrosin darzustellen. Aus Leim erhält man gar kein Tyrosin. Ähnliche Ausbeuten ergeben sich bei der Barytwasserhydrolyse sowie bei der tryptischen Verdauung, wo schon im Beginne der Reaktion alles Tyrosin abgespalten wird (11). Bei der Baryt-Eiweißspaltung erhielten Schulze und BossHARD (12) nur rapemisiertes Tyrosin. Das im Eiweiß vorgebildete Tyrosin ist das dem 1- Phenylalanin entsprechende l-Tyrosin (13). Aus- gehend von der Synthese des Benzoyltyrosin nach Erlenmeyer und Hal- sey(14) gewann E. Fischer über das racemische Tyrosin beide optisch- aktiven Modifikationen. So leicht rohes Tyrosin abzuscheiden ist, so schwierig ist die vollständige Reinigung desselben (15). Das reine, in garbenförmigen 1) Schulze u. Winterstein, Ebenda, '35, 210 (1902). — 2) L. Chelle, Bull. See. Pharm. Bordeaux, 53, 97 u. 101 (1918). — Zum Nachweis ferner: Duceschi, Hof meist. Beitr., i, 339 (1902). Spiro, Ebenda, 347. Methylderivat: E. Fried mann u. S. Gutmann, Biochem. Zisch., 27, 491 (1910). Synthese: T. B. Johnson u. W. O'Brien, Journ. biol. Chem., 12, 205 (1912). Affinitätskonstanten: A. Kanitz, Pflüg. Arch., J18, 539 (1907). — 3) B. u. H. Salkowski, Ber. chem. Ges., 12, 648 (1879). Ztsch. physiol. Chem., 9, 491 (1885). — 4) Nencki, Wien. Akad. Sitz.ber. 1889. — 5) Spiro, Hof meist. Beitr., j, 347 (1902). — 6) J. Ossikovszky, Ber. chem. Ges., 13, 327 (1880). — 7) Liebig, Lieb. Ann., 57, 127 (1846); 62, 257 (1847). — 8) Hinterberger, Ebenda, 71, 70 (1849). Lit. Reach, Virch. Arch., 158, 288 (1899). — 9) Tyrosin aus Pflanzeuprotein: E. Schulze, Barbieri u. Boss- hard, Ztsch. physiol. Chem., 8, 63 (1884). Rittuausen, EiweiiJkörper, p. 214. A. Bleunard, Compt. rend., 90, 1080. Fleurent, Ebenda, 121, 216 (1895). — 10) Abderhalden u. Teruuchi, Ztsch. physiol. Chem., 48, 528 (1906). — 11) A. J. Brown u, E. Th. Millar, Proc. Chem. Soc, 21, 286 (1905). — 12) E. Schulze u. Bosshard, Ber. chem. Ges., 17, 1610 (1884). — 13) Spezif. Drehung: Schulze u. Winterstein, Ztsch. physiol. Chem., 45, 79 (1905). — 14) E. Erlenmeyer jun. u. Halsey, Ber. chem. Ges., 30, 2981, (1897). Lieb. Ann., 307, 138 (1899). Tyrosin aus Phenylalanin: Erlenmeyer u. Lipp, Ber. chem. Ges. (1882), p. 1544. E. Fischer, Ebenda, 32, 3038 (1899). — 15) Darstellung: Aloy u. Rabaut, Bull. Soc. Chim. (4), 3, 391 (1908). Synthese von r-Tyrosin: Stephen u. Weizmann, Journ. Chem. Soc, J05, 1152 (1914)-, o-Tyrosin: Johnson, Journ. Amer. Chem. Soc, 37, 1846 (1915); Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., 76, 75 (1912); E. K. Marshall jun., Journ. biol. Chem., 15, 85 (1913). R. H. Plimmer, Biochem. Journ., 7, 311 (1913). Quant. Bestimmung: ü. Folin u. W. Denis, Journ. of biol. Chem., 12, 245 (1912); ebenda, p. 239; Abderhalden u. D. Fuchs, Ztsch. physiol. Chem., 83, 468 (1913); Folin u. Denis, Journ. of biol. CLem., 14, 457(1913). Plimmer u. Laves, Biochem. Journ., 7, 297 (1913). Johns u. Breese, Journ. Biol. Chem., 36, 319 (1918). Affinitätskonstanten: A. Kanitz, Pflüg. Arch., 118, 539 (1907). Oxydation: 3* 36 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe, feinen Nadeln krystallisierende Tyrosin schmilzt bei 235 °. Es gibt eine schön rote MiLLONsche Reaktion, und die von Lassaigne und Millon beim Eiweiß zuerst festgestellte gleiche Reaktion (1) rührt, wie Nasse (2) festgestellt hat, von den Tyrosingruppen im Eiweißmolekül her. Auch die ,,Xantho- proteinreaktion" verdanken die Eiweißsubstanzen ihren Tyrosingruppen (3), indem es sich um Nitrierung derselben handelt. Mit einigen Tropfen H2SO4 erwärmt und nach vorhergehender Neutralisation mit Ba(0H)2 mit FeClg versetzt, färben sich Tyrosinlösungen violett (Piria) (4). In schwefel- saurer Lösung gibt Tyrosin mit Acetaldehyd eine Rotfärbung (Deniges) (5); mit H2SO4 und Formalin erwärmt eine" schöne charakteristische Grünfärbung (Mörner) (6), Mit Diazoben^olsulfosäure in alkalischer Lösung gibt Tyrosin sowie Histidin (das aber keine MiLLONSche Probe liefert) eine Rotfärbung. Die Lösung des Tyrosins in HCl gibt mit überschüssigem Chlorwasser und Ammoniak eine Rotfärbung (7). Dazu kommt noch die Dunkelfärbung unter der Einwirkung von Tyrosinase. Die Homologen des Tyrosins (8) haben für die Eiweißchemie keinerlei Bedeutung. Gortner (9) erhielt bei der Verarbeitung von Melanin aus schwarzer Schafwolle einen Stoff, der wohl Millons Probe gab, jedoch vom Tyrosin verschieden war. Das Gorgonin aus der Koralle Gorgonia liefert nach MÖRNER (10) bei der Hydrolyse das 3,5-Bromderivat neben dem 3,5- Jodtyrosin. Bei der fermentativen Eiweißspaltung entsteht aus Tyrosin durch CO 2- Verlust Oxyphenyläthylamin (Emerson) (11). Guggenheim (12) hatte für solche Amine, die aus Aminosäuren durch CO g- Abspaltung hervor- gehen, die allgemeine Benennung „Peptamine" vorgeschlagen. Wie Baü- mann (13) und ferner Salkowski (14) nachgewiesen haben, hängt eine Reihe von Produkten der Eiweißfäulnis mit dem Tyrosin zusammen. Durch N Hg- Abspaltung entsteht daraus die p-Hydrocumarsäure oder p-Oxy- phenylpropionsäure, ferner die p-Oxyphenylessigsäure, p-Kresol und schließ- lich Phenol (15). Da von Eiweißkohlenstoff nur etwa Vis Benzolkohlen- stoff ist (16), können derartige Produkte nur in geringem Umfang entstehen. W. Denis, Journ. Bio!. Chem., 10, 73 (1911). Tyrosinanhydrid: Graziani, Atti Acc. Line. (6), 25, I, 609 (1916). Diazomethaneinwirk. : Geake u. Nierenstein, Biochem. Journ., 9, 309 (1915). 1) Lassaigne, Ann. Chim. et Phys. (2), 45, 435 (1830) war der eigentliche Entdecker dieser Reaktion. E. Millon, Ebenda (ß), 2g, 507 (1850). Compt. rend., 28, 40 (1849). — 2) 0. Nasse, Sitz.ber. Halle, 31. März 1879. Pflüg. Arch., 83, 361 (1901). Die Reaktion ist eine „Nitrosoreaktion", welche allen einfach hydro- xylierten Benzolderivaten eigen ist. Vgl. auch W. Vaubel, Ztsch. angew. Chem. (1900), p. 1125. Zur colorimetr. Tyrosinbestimmung: M. Weiss, Biochem. Ztsch., 97, 170 (1919). — 3) Vgl. Salkowski, Ztsch. physiol. Chem., 12, 218 (1888). Ober- mayer, Zentr. f. Physiol., 6, 300 (1892). Dinitrotyrosin : Johnson u. Kohmann, Journ. Amer. Chem. Soc, 37, 2164, 1863 (1915). — 4) R. Piria, Lieb. Ann., 82, 251 (1852). — 5) G. DENiGfes, Compt. rend., 80, 583 (1900). — 6) Mörner, Ztsch. physiol. Chem., 37, 86 (1902). — 7) Aloy u. Rabaut, Bull. Soc. Chim. (4), j, 391 (1908). — 8) Vgl. J. Aloy u. Rabaut, Journ. Pharm, et Chim. (7), 3, 481 (1911). Methyltyrosin: E. Fried mann u. Gütmann, Biochem. Ztsch., 27, 491. (1910); T. B. Johnson u. Nicolet, Amer. Chem. Journ., 47, 459 (1912). Über synthetische opt.akt.Monomethyl-a-Aminosäuren: Em. Fischer u. Lipschütz, Ber. chem. Ges., 48, 360 (1916). — 9) R. Ai. Gortner, Journ. Biol. Chem., 9, 356 (1911). — 10) C. Th. Mörner, Ztsch. physiol. Chem., 88, 124 (1913). — 11) Emerson, Hof- meist. Beitr., i, 501 (1902). Langstein, Ebenda, p. 507. — 12) M. Guggenheim, Biochem. Ztsch., 51, 369 (1913). — 13) E. Bau mann, Ber. chem. Ges., 12, 1450 (1879); 10, 686 (1877). Ztsch. physiol. Chem., 3, 149 (1879); j, 60 (1877); 4, 304 (1880). — 14) Salkowski, Ber. chem. Ges., 13, 189, 2217 (1880); 12, 1438(1879). Ztsch. physiol. Chem., 2, 420 (1878); 7, 460(1883); 10, 150 (1886); Weyl, Ebenda, 3, 312 (1879); Zoja, Ebenda, 23, 236 (1897). — 15) Rhein, Biochem. Ztsch., 87, 123 (1918). — 16) Salkowski, Ztsch. physiol. Chem., 105, 242 (1919). § 4. Abbau des Eiweißmolekels; Eiweißhydrolyse und die Endprodukte derselben. 37 Das von Guggenheim (1) aus Vicia Faba gewonnene 3,4-Dioxy- phenylalanin ist bisher als Eiweißhydrolysenprodukt nicht bekannt (2). 5. Das von Gramer (3) bei der Hydrolyse des Seidenleiras entdeckte Serin ist nach Fischer und Leuchs (4) identisch mit a-Amino-/3-Oxy- propionsäure. Es wurde von Fischer (5) als Konstituent vieler tierischer Proteine erkannt, und ist später, allerdings nur in kleiner Ausbeute, bei der Säurehydrolyse der meisten pflanzlichen Eiweißkörper erhalten worden. Der Serinäthylester destilliert bei der FiscHERschen Trennungsmethode bei 10 mm Druck zwischen 100—120" über. Am vorteilhaftesten stellt man es aus Seide dar (6). Das im Eiweiß präformierte Serin ist 1- Serin und steht nach Fischer (7) mit dem d-Alanin und mit der d-Glucose über Glycerin- säure in klarem konfigurativen Zusammenhang: COOH COOH COOH Ha-C- H NH2 . G . H OH . C . H CH3 d-Alanin CH2OH 1-Serin CH2OH Glycerinsäure Daraus ergibt sich auch die Beziehung des im Eiweiß präformierten Phenylalanin und Tyrosin zum d-Alanin. Wie andere Oxyaminosäuren; so entwickelt auch Serin beim Erhitzen Dämpfe, die einen mit HCl getränkten Fichtenspan rot färben. Nach der in geringer Menge in den noch nicht hinreichend geklärten Fraktionen der Säure- Eiweißhydrolyse zu vermutenden a-Aminobutter- säure (8) wird bereits seit längerer Zeit gefahndet. Bisher liegen nur An- gaben hinsichtlich tierischer Proteine vor, wo sie nachgewiesen werden konnte, in Casein und Nervenprotein (9). 6. Das Valin, wie der von Fischer (10) eingeführte abgekürzte Name für die bei der Eiweißhydrolyse regelmäßig zu erhaltende Aminovalerian- säure lautet, ist unter den .12 theoretisch möglichen Isomeren als die a-Amino-Isovaleriansäure, und zwar in ihrer d-Modifikation erkannt worden. CH \ ^„^ >CH . CHNH2 • COOH (11). Aus der Barythydrolyse von Eiweiß ist diese Substanz schon seit längerer Zeit bekannt (12), Die bei den Eiweiß- hydrolysen gefundenen Valinmengen dürften in den meisten Fällen viel zu niedrig sein, da große Schwierigkeiten bei der Abtrennung des Valins von 1) Guggenheim, Ztsch. physiol. Chem., 88, 276 (1913). — 2) Synthese: H. Stephen u. Ch. Weizmann, Journ. Chem. Soc, 105, 1162 (1914). — 3) Gramer, Journ. prakt. Cham., 96, 76 (1865). — 4) E. Fischer u. Leuchs, Ber. chem. Ges., 35, 3787. Erlenmeyer,, Ebenda, p. 3769. — 5) E. Fischer, Ber. chem. Ges., 35, 2660 (1902). Ztsch. physiol. Chem., j6, 462 (1902); 42, 543 (1904). — 6) Nachweis und Darstellung: Fischer, Ebenda, jj, 177 (1901); 35, 221; 36, 472 (1902). Ber. chem. Ges., 40, 1501 (1907). — 7) E. Fischer u. K. Raske, Ebenda, p. 3717 (1907); 41, 893 (1908). Synthese: H. Leuchs u. Geiger, Ebenda, 39, 2644 (1906). Racemisches Serin: E. Fischer u. Jacobs, Ebenda, 39, 2942 u. 40, 1057 (1907). Phenylserin: E. Erlenmeyer jun.. Ebenda, 39, 791 (1906). Methylisoserin: Fr. W. Kay, Lieb. Ann., 362, 325 (1908). — 8) Zur Chemie der Aminobuttersäure: Abderhalden u. Wurm, Ztsch. physiol. Chem.,-v • >NH CH2.CH(C00H)/ Trier vermutet, daß noch andere ähnliche Aminosäuren der Pyrro- lidingruppe bei der Hydrolyse von Eiweiß aufzufinden sein dürften (7). Die Beziehungen von Prolin und Oxyprolin zu anderen Produkten der Eiweißhydrolyse sind von großem Interesse. Bei der Hydrolyse von Hörn fand Fischer (8) als sekundär aus Glutaminsäure entstanden die Pyi-roli- doncarbonsäure CH,.CO . „ CH2 • CH(COOH)/ auf, welche in naher Beziehung zum Prolin steht. Die Überführung in Prolin ist durch die Reduktion des Pyrrohdonsäure-Äthylesters gelungen (9). 33, 152 u. 412 (1901); 35, 227 (1902); 39, 155 (1903); 40, 215 (1903). — Pyrrol" carbonsäuren: Ebenda, 91, 184 (1914). Identifizierung von Prolin: W. Glund, Proc. Chem. Soc, 29, 177 (1914). Isolierung durch die Uramidoverbindung: Darin, Biochem. Journ., 12, 290 (1918). 1) P. A. Levene u. Wallace, Ztsch. physiol. Chem., 47, 143 (1906). E. Fischer u. Boehner, Ebenda, 65, 118 (1910). — 2) Boi der Verdauung von Gliadin: E. .Fischer u. London, Ebenda, 73, 398 (1911). — 3) E. Fischer u. G. Zemplen, Ber. chem. Ges., 42, 1022 u. 2989 (1909). Sörensen u. A. C. Andersen, Compt. rend. Carlsberg, 7, 72 (1907). — 4) Vgl. D. van Slyke, Journ. Bio). Chem., 9, 205 (1911). R. Engeland, Ber. chem. Ges., 42, 2360 (1909). Auch F. W. Fore- MAN, Biochem. Ztsch., 56, 1 (1913). Ferner Abderhalden u. Kautzsch, Ztsch. physiol. Chem., 78, 96 (1912). Pikrat: Alexandroff, Ebenda, 46, 17 (1905). — 5) P. A. Levene, Journ. exper. Med., 8, 180 u. 461 (1906). — 6) E. Fischer, Ber. chem. Ges., 35, 2660(1902). Ztsch. physiol. Chem., 39, 155(1903). Darstellung: Levene u. Beatty, Journ. exp. Med., 8, 463 (1906). Synthese: H. Leuchs u. Felser, Ber. chem. Ges., 41, 1726 (1908); 46, 986 (1913). — 7) G. Trier, Über einfache Pflanzenbasen usw. Berlin 1912, p. 70. Stereoisomere Oxyproline: Leuchs u. Bormann, Ber. chem. Ges., 52, 2086 (1919). — 8) E. Fischer, Ztsch. physiol. Chem., 36, 462 (1902). — 9) E. Fischfr u. Boehner, Ber. chem. Ges., 44, 1332 (1911). Derivate der Pyrrolidoncarbonsäure: Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., 78, 333 (1912). § 4. Abbau des Eiweißmolekels; Eiweißhydrolyse und die Endprodukte derselben. 41 CH • C0\ Daß man in ähnlicher Weise durch Reduktion von Succinimid • ^ > N H CHa-GQ/ CH2 • GH2\ zum PyrroUdin • „ ^^ >NH gelangt, ist schon lange bekannt (1), Crlg • (-.112/ Pyrrolcarbonsäure konnte bisher noch nicht in Prolin übergeführt werden, jedoch gelang der Versuch so weit, daß Pyrrolincarbonsäure entstand, die dem Prolin sehr ähnliche Eigenschaften besitzt (2). 11. Das Tryptophan, die Ursache einer Reihe auffälliger und lange bekannter Farbenreaktionen der Eiweißstoffe sowie der Entstehung von Indolderivaten bei der Eiweißfäulnis, konnte erst vor relativ kurzer Zeit durch Hopkins und Cole (3) aus dem tryptischen Verdauungsgemische verschiedener Eiweißstoffe isoliert werden. Es wird, wie Vines (4) zeigte, auch durch pflanzliche proteolytische Enzyme aus Eiweiß allgemein gebildet. Es gibt in angesäuerter Lösung mit Chlor oder Brom leicht einen rotvioletten Farbstoff, eine altbekannte Reaktion, welche, ohne daß man die Ursache derselben kannte, von Neumeister (5) als „Tryptophanreaktion" benannt wurde, mit dem supponierten Chromogen als Tryptophan. Stadelmann hatte den Farbstoff „Proteinochrom" genannt und dessen dem Protein ent- stammende Muttersubstanz „Proteinochromogen". Nencki (6) dachte zuerst an einen Zusammenhang der fraglichen Substanz mit Scatolamino- essigsäure. Hopkins und Cole isolierten das Tryptophan aus dem tryp- tischen Verdauungsgemische von Casein, wo es wie Tyrosin sehr bald ab- gespalten wird. Das angewendete, später durch Neuberg und durch Abder- halden modifizierte Verfahren besteht in der Fällung durch Mercurisulfat (7). Einen weiteren Vorteil bot Homer (8) die Nichtzerstörbarkeit von Trypto- phan bei der Barythydrolyse von Eiweiß. Die Ausbeute betrug aus Caseii 0,7—0,8%. In pflanzlichen Proteinen ist Tryptophan, nach den Farben- reaktionen zu urteilen, überall vorhanden, doch fehlt es an quantitativen Bestimmungen. Nach Fasal (9) ist die mit Hilfe der colorimetrischen Ver- wertung der Glyoxylsaure-HgSOj- Probe aus Edestin bestimmte Ausbeute an Tryptophan 0,378 7o- Nach Abderhalden und Samuely bzw. Os- BORNE erhält man aus Weizenglutenin 1,0%, hingegen kein Tryptophan aus Zein. Die schwierige Frage nach der Konstitution des Tryptophans wurde durch Ellinger (1 0) endgültig dahin entschieden, daß wir es in ihm mit der l-j8-Indol-a-Aminopropionsäure zu tun haben: GH / \ HC C G-CH2.GHNH2.GOOH I 11 II HG G GH GH NH 1) Ladenburg, Ber. ehem. Ges., 20, 2216 (1887). — 2) E. Fischer, Ebenda, 45, 2453 (1912). — 3) F. G. Hopkins u. S. W. Cole, Journ. of Physiol., 29, 461 (1902); 27, 418 (1901). — 4) S. H. Vines, Ann. of Bot., 16, 1(1902). — 5) R. Neu- meister, Ztsch. Biolog., 8, 329 (1890). E. Stadelmann, Ebenda, p. 495. Zuerst wurde die Farbenreaktion durch Tiedemann u. Gmelin, Die Verdauung nach Ver- suchen. Heidelberg 1831, erwähnt. Vgl. auch Klug, Pflüg. Arch., 86, 194 (1901). — 6) M. Nencki, Chem. Zentr. (1891), I, 689. Ber. ehem. Ges., 28, 660 (1896). — 7) C; Neuberg, Charit6-Annalen, 30, 424 (1906). E. Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., 52, 207 (1907); 78, 159 (1912). Pikrin- u. Pikrolonsäureverbindung: M. Mayeda, Ebenda, 51, 261 (1907). — 8) A. Homer, Journ. of Physiol., 48, p. IV (1914); Journ. Biol. Chem., 22, 369 (1915). — 9) H. Fasal, Biochem. Ztschr., ./^, 392 (1912). 10) A. Ellinger, Ber. chem. Ges., 57, 1801 (1904); 38, 2884 (1905). Ztsch. physiol. Chem., CS, 8 (1908); Ber. chem. Ges., 40, 3029 (1907). 42 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch pflanz!. Proteinstoffe. Auf synthetischem Wege erhaltene Präparate, welcher dieser Konsti- tution entsprechen, sind mit Tryptophan identisch. Da /5-Methylindol oder Scatol mit Chloroform und KOH /S-Chlorchinolin liefert, so steht das Tryptophan in biologisch interessanter Beziehung zu den pflanzlichen Chino- linderivaten unter den Alkaloiden (1). Im tierischen Stoffwechsel ist es die Muttersubstanz der Kynurensäure oder }'-Oxy-/S-Chinohncarbonsäure. Die spezifische Drehung des natürlichen Tryptophan ist [od]— 13,44" (2). Es geht aber leicht in racemisches inaktives Tryptophan über (3). Hopkins (4) wies nach, daß die Eiweißreaktion nach Adamkiewicz (5): rotviolette Färbung der eisessigsauren Lösung mit konzentrierter H2SO4, auf der entsprechenden Reaktion der Scatolaminopropionsäure beruht, mithin die Tryptophankerne im Eiweiß anzeigt. Er zeigte sodann, daß hierbei der Gehalt der käuflichen Essigsäure an Glyoxylsäure bedeutungsvoll ist, und daß daher die Probe besser mit Glyoxylsäure oder mit einer mit Natriumamalgam behandelten, daher Glyoxylsäure-haltiger Oxalsäure- lösung angestellt wird. Bei der Glyoxylsäure wiederum ist die Abspaltung von Formaldehyd der wirksame Faktor, weswegen man die Reaktion nun- mehr einfach mit Formolschwefelsäure anstellen kann. Die Glyoxylsäure- verbindung und das Formaldehydkondensationsprodukt von Tryptophan geben die Reaktion mit Schwefelsäure direkt (6). Auch die tiefblaue Färbung, welche trockenes, mit Alkohol und Äther gewaschenes Eiweiß beim Erhitzen mit rauchender HCl gibt : Reaktion von Liebermann, beruht nach CoLE (7) auf einer Wechselwirkung zwischen dem aus dem Eiweiß abge- spaltenen Tryptophan und der als Verunreinigung des Äthers hinzuge- kommenen Glyoxylsäure. Durch Aufnahme des Farbstoffes in Essigestei läßt sich die Probe bedeutend verschärfen (8). Es wurde der spektrosko- pische Befund im Vergleich dieser Probe mit Eiweiß und Tryptophan stu- diert (9), und schließlich auch eine colorimetrische Tryptophanbestimmungs- methode auf die Glyoxylreaktion begründet (10). Die Scatolreaktion nach Sasaki mit aldehydfreiem Methylalkohol und sehr schwach eisenhaltiger konzentrierter H2SO4 gibt das Tryptophan nicht (11). Der bei der Brom- reaktion des Tryptophans entstehende violette Farbstoff wurde für ein Gemisch verschiedener Bromtryptophane erklärt (12), doch ist dies nicht sicher. Auch auf die Bromreaktion wurde eine quantitative Methode zur Tryptophanbestimmung zu begründen versucht (13). Nach CoLE beruhen ferner auf Tryptophanabspaltung aus Eiweiß die RASPAiLsche Probe: purpurrote Färbung mit starker HCl und Rohrzucker oder Furfurol; ferner die Reaktion nach Reichl, welche in einer tiefblauen Färbung von Eiweiß beim Erhitzen mit starker HCl, einem Tropfen FeClj 1) A. Ellinger, u. Cl. Flamand, Ber. ehem. Ges., 39, 4388 (1906). — 2) H. Fischer, Ztseh. physiol. Chem., 55, 74 (1908). Vgl. auch Abderhalden u. Baumann, Ebenda, p. 412 (1908). Affinitätskonstanten: A, Kanitz, Bioehem. Ztseh., 29, 126 (1910). — 3) R. A. Allers, Bioehem. Ztseh., 6, 272 (1907). Neu- berg, Ebenda, p. 276. Über das abweichende Verhalten des Tryptophan aus Leuko- cyter: M. Weiss, Bioehem. Ztseh., 98, 116 (1919). — 4) Hopkins u. Cole, Proc. Roy. Soc., 68, 21 (1901). — 5) Adamkiewicz, Pflüg. Arch., 9, 157; Ber. chem. Ges., 8, 161 (1875). — 6) A. Homer, Bioehem. Journ., 7, 101, 116 (1913). — 7) S. W. Cole, Journ. of. Physiol., 30, 311 (1903). Vgl. auch A. Homer, Proc. Cambridge Phil. Soe., 16, 405 (1912). Bioehem. Journ., 7, 101, 116 (1913). G. W. Heimrod u. Levene, Bioehem. Ztseh., 25, 18 (1910). — 8) C. Neuberg, Ebenda, 24, 441 (1910). — 9) Fr. Bardachzi. Ztseh. physiol. Chem., 48, 145 (1906). — 10) H. Fasal, Bioehem. Ztseh., 44, 392 (1912). — 11) T. Sasaki, Ebenda, 23, 402 (1910); 29, 396 (1910). — 12) C. Neuberg, Ebenda, 2, 357; 6, 276(1907). Levene u. Rouiller, Ebenda, 4, 322 (1907). — 13) P. A. Levene u. C. A. Rouiller, Journ. Biol. Chem., 2, 481 (1907). § 4. Abbau des Eiweißmolekels; Eiweißhydrolyse und die Endprodukte derselben, 43 und etwas Benzaldehyd besteht. Auf die Tryptophangruppe wird sodann die EHKLiCHsche Farbenreaktion von Eiweiß mit Dimethylaminobenzaldehyd zurückgeführt (1). Auch diese Reaktion kann zur Tryptophanbestimmung in quantitativer Hinsicht benutzt werden (2). Wenn man Eiweiß mit sehr schwach ni trithaltiger Salzsäure in Gegenwart einer Spur von Formal- dehyd behandelt, so tritt Violettfärbung ein (Voisenet) (3). Da Indol und Scatol diese Reaktion gleichfalls geben, so dürfte auch hier der Tryptophan- kern eine Rolle spielen. Nach Gnezda endlich (4) geben Albumin, Peptone und Gelatine mit schmelzender Oxalsäure ein rotes Sublimat, ähnlich wie Indol und Scatol selbst. Da Gelatine kein Tryptophan enthält, so bleibt es noch unentschieden ob auch dieses Verhalten mit dem Tryptophan in Beziehung zu bringen ist. Auf der Gegenwart der Tryptophangruppen im Eiweiß beruht un- zweifelhaft die Bildung von Scatolcarbonsäure (Salkowski) (5) sowie der Scatolessigsäure (Nencki, Salkowski) (6) bei der Eiweißfäulnis sowie die Bildung von Indol und Scatol bei der Atzalkalischmelze und der Fäulnis von Eiweißkörpern (7). Herzfeld konnte bei der Einwirkung von Alkali auf Tryptophan etwa 60% der theoretischen Indolmenge erhalten, aus Eiweiß aber nur 6,5% (8). Die Indol bildenden Bacterien formieren, wie Erdmann und WiNTERNiTZ (9) zeigten, auch Tryptophan, und nach Ellinger und Gentzen (10) darf das Tryptophan als die Vorstufe der Indolbildung bei der bacteriellen Eiweißzersetzung im Dickdarm angesehen werden. Sanders und May (11) haben den bacteriellen Abbau des Tryptophans zu Indol zur quantitativen Tryptophanbestimmung vorgeschlagen, unter colorimetrischer Indolbestimmung mit Nitrit und Schwefelsäure. Ein bei der Eiweißhydrolyse auftretendes Indolderivat ist nach Baum und SwAiN (12) auch das Scatosin CjoHigNaOa, dessen Natur noch näher aufzuklären ist. 12. Die Asparaginsäure oder Amiiiobernsteinsäure : COOH • CH^ • CHNHj • COOH ist ein regelmäßiger Befund bei der Eiweißhydrolyse durch Säuren, Alkali und Enzyme (13). Es handelt sich um die 1-Modifikation, die sekundär allerdings oft in racemische Asparaginsäure übergeführt ist. Die frühere Meinung, daß pflanzliche Proteine mehr Asparaginsäure liefern 1) 0. Neubauer. Zentr. Physiol., 19, 145 (1905). E. Rhode, Ztsch. physiol. ehem., 46, 161 (1905). F. A. Steensma, Ebenda, 47, 25 (1906). — 2) E. Herz- feld, Biochem. Ztsch., 56, 2^8 (1913). — 3) E. Voisenet, Bull. See. Chim. (3), 33, 1198 (1905). 0. Rosenheim, Biochem. Journ., 7, 233 (1906). — 4) J. Gnezda, Compt. rend., 128, 1584 (1899). — 5) Salkowski. Ber. ehem. Ges., 13, 189 u. 2217 (1880). — 6) Nencki, Wien. Akad. Sitz.ber., g8, IIb (18S9). Salkowski, Ztsch. physiol. ehem., 27, 302 (1899). — 7) Bopp, Lieb. Ann., 6g, 21. Kühne, Ber. ehem. Ges., 8, 206 (1875). Nencki, Ebenda, 336, 722; 10, 1032 (1877). Brieger, Ebenda, p. 1027 u. 12, 1985 (1879). Ztsch. physiol. ehem., 4, 414 (1880); j, 131 (1879). Nencki, Ebenda, 4, 371 (1880). Journ. prakt. ehem., 17, 97 (1878). Salkowski, Ztsch. physiol. ehem., 8, 417 (1884). KouKOL-YASNoroLSKi, Pflüg. Arch., 12, 78 (1875). Weyl, Ztsch. physiol. ehem., j, 339 (1877). — 8) E. Herzfeld, Biochem. Ztsch., 56, 82 (1913). — 9) Erdmann u. Winternitz, Münch. med. Woch..schr (1903), Nr. 23. — 10) Ellinger u. Gentzen, Hofmcist. Beitr., 4, 171 (1903). — 11) J. A. Sanders u. Cl. E. May, Biochem. Bull., 2, 373 (1913). — 12) Baum, Hof meist. Beitr., j, 439. Swain, Ebenda, 442 (1903). Das von Gnezda, eompt. rend., 133, 517 (1901) als ,,ehlorisatin" angesprochene Eiweißabbauprodukt ist gleichfalls noch unklar. — 13) Ritthausen u. Kreusler, Journ. prakt. ehem., 108, 240 (1869). Hlasiwetz u. Habermann, Lieb. Ann., 159, 304 (1871). Schulze u. BossHARD, Ztsch. physiol. Chcm., 9, (j3 (läöi). I^rechsel, Journ. prakt. ehem. 39, 425 (1889). -ScHÜTZENBERGER, 1. c. Salkowski u. Radziejewski, Ber. chem Ges., 7, 1050 (1874). Kutscher, Trypsinverdauung (1809); Ztsch. phvsiol. ehem., 28, 123 (1899). Gaehtgens, Ebenda, i, 277 (1877). 44 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. als tierisches Eiweiß, läßt sich nicht aufrecht erhalten. Die Ausbeute be- trägt in der Regel zwischen 1 und 5,5%. Es ist aus manchen Gründen Wahr- scheinlich, daß im Eiweißmolekel das Asparagin oder Asparaginsäureamid präformiert ist und dieses bei der Hydrolyse verseift wird. Man isoliert meist die schwer lösliche Asparaginsäure aus dem Hydrolysengemisch mittels des Kupfersalzes (1), doch hat sich die Estermethode nach Fischer (2) auch hier bewährt. Der Ätherester destillierte bei 10 mm Druck zwischen 110-^130". Die Stellung des Asparagins als Amid der Asparaginsäure entdeckten Bourton-Charland und Pelouze (3). In älterer Zeit kannte man die Asparaginsäure nur als Produkt des Asparagins (4). Synthetisch stellte PiUTTi Asparaginsäure dar durch Reduktion des Oxims von Oxalessig- äther mit Natriumamalgam (5). Pasteur lehrte 1852 die aktiven Formen der Asparaginsäure kennen (6). Die 1- Asparaginsäure wird durch Erhitzen auf 170" inaktiv (7). 13. Die a-Aminoglutarsäure oder Glutaminsäure ist gleichfalls nie allgemein verbreitetes und leicht nachweisbares Produkt der Eiweiß- hydrolyse, welches zuerst durch RiTTliAUSEN(8) aus Kleber gewonnen wurde. Sie ist aus den meisten pflanzlichen Eiweißstoffen dargestellt, besonders nach den Feststellungen von Osborne und Gilbert (9), sehr reichlich im Hydro- lysengemisch enthalten; aus Hordein gewann Kleinschmitt (1 0) fast die Hälfte des Gewichtes des Eiweiß an Glutaminsäure. Beim Leucosin aus Weizen und dem Samenglobulin von Picea excelsa wurde bloß 6—7% an Glutaminsäure erhalten, sonst betrug die Ausbeute mindestens 12, in vielen Fällen 20—30% und darüber. Tierisches Albumin und Casein sowie Muskel- eiweiß ergab bis 11%; aus Leim war nicht einmal 1% zu erhalten. So wie die Asparaginsäure wahrscheinlich bei der Hydrolyse aus dem im Eiweiß prä- formierten Asparagin hervorgeht, so dürfte Glutamin die Muttersubstanz der Glutaminsäure sein, zumal es schon beim Kochen mit Magnesia verseift wird (11). Die aus Eiweiß zu erhaltende Substanz ist d-Aminoglutarsäure : COOH .CHNHa-CHa-CHa-COOH. Man scheidet sie am besten nach dem von Hlasiwetz und Habermann zuerst verwendeten Verfahren ab, indem man in das Hydrolysengemisch Chlorwasserstoffgas bis zur Sättigung einleitet und in der Kälte stehen läßt, worauf sich das allerdings oft stark verunreinigte Chlorhydrat der Säure abscheidet (12). Das von der HCl 1) Vgl, auch Hense, Ber. ehem. Ges., 34, 348 (1901). Th. B, Osborne u. L. M. LiDDLE, Amer. .Journ. Phvsiol., 26, 420 (1910). Foreman, Biochem. Journ., 8, 463 (1914). — 2) E. Fischer, Ztsch. physiol. Chem., 33, 171 (1901). — Verwand- lung von opt.-akt. Brombernsteinsäure zu Asparaginsäure: E. Fischer u. Raske, Ber. chem. Ges., 40, 1051 (1907). — 3) Boutron-Charland u. Pelouze, Ann. Chim. et Phys. (2), 52, 90 (1833). — 4) Vgl. Plisson, Ebenda, 35, 175 (1827). — 5) A. PiUTTi, Chem. Zentr. (1888), I, 68. — 6) L. Pasteur, Ann. Chim. et Phys. (3), 34, 30 (1852). — 7) A. Michael u. Wing, Amer. Chem. Journ., 7, 278 (1885). E. P. Cook, Ber. chem. Ges., 30, 294 (1897). Chem. Zentr. (1897), II, 894. — 8) Ritthausen, .Journ. prakt. Chem., gg, 454 (1866). Die Eiweißkörper (1872), p. 215. — 9) Th. B. Osborne u. R. D. Gilbert, Amer. Journ. of Physiol., 15, 333 (1906). Ältere Lit.: Hlasiwetz u. Habermann, Ber. chem. Ges., 5, 800 (1872). Lieb. Ann., 14g, 150 (1873). E. Fischer, Ztsch. physiol. Chem., 33, 153 (1901). Panzer, Ebenda, 24, 138 (1897). R. Cohn, Ebenda, 22, 174 (1896). Kutscher, Ebenda, 28, 123 (1899); j5, 126 (1903). E. Schulze, Ebenda, 9, 253 (1886); 8, 63 (1884). Drechsel, Journ. prakt. Chem., 59, 425 (1889). Scheibler, Ber. chem. Ges., 17, 1725 (1884). Etard, Compt. rend., 133, 1231 (1901). — 10) A. Klein- schmitt, Ztsch. physiol. Chem., 54, 110 (1907). — 11) E. Sellier, Bull. Assoc. Chim. Sucr., 25, 124 (1907). — 12) Über Darstellung noch Th. Osborne u. Liddle, Amer. Journ. of Physiol., 26, 420 (1910). Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., y6, 76 (1912);- 7«, 115 (1912). Stolzenberg, Ber. chem. Ges., 46, bbl (1913). Quant. § 4. Abbau des Eiweißmolekels; Eiweißhydrolyse und die Endprodukte derselben. 45 befreite Präparat wird durch Kochen mit Tierkohle farblos. Die Oxyglutar- säure, welche Habekmann und Ehrenfeld bei der Behandlung von Casein mit verdünnter Salpetersäure erhielten, stammt offenbar aus den Glutamin- resten des Eiweiß (1). Di« optische Drehung der Glutaminsäure und des Glutamins hat Schulze (2) behandelt. Die Neutralsalze der d- Glutamin- säure sind linksdrehend, die freie Säure aber sowie das Glutamin rechts- drehend. Auf den Übergang der Glutaminsäure beim Erhitzen in Pyrrolidon- carbonsäure ist schon oben verwiesen worden (3). Dies ist eine mögliche Beziehung zum Prolin im Eiweiß und zu manchen Alkaloiden. Doch sind Prolingruppen im Eiweiß bereits vorgebildet. Beim Erhitzen der glutamin- sauren Salze entsteht zunächst Glutiminsäure C6H7O3N (4). 14. Die /S-Oxyglutaminsäure wurde von Dakin (5) nach Extrak- tion des Monaminosäuregemisches aus Casein mit Butylalkohol isoliert. Sie ließ sich mit Mercuriacetat in sodaalkalischer Lösung oder Silbernitrat und NaOH fällen. Ihre wässerige Lösung dreht rechts. Verschiedene Phenole geben im Verein mit konz. H2SO4 Farbenreaktionen mit dieser Aminosäure. Aus anderen Eiweißkörpern ist Oxyglutaminsäure bisher noch nicht dar- gestellt. Skraup (6) hatte angegeben, daß sich unter den Hydratationspro- dukten vonCasein auch die Oxyaminobernsteinsäure COOH • CHNHg • CHOH • COOH fände. Eine Bestätigung dieses Befundes oder eine Wider- legung ist bisher noch nicht erfolgt. Die Angaben desselben Forschers be- züglich verschiedener durch Phosphorwolframsäure nicht fällbarer Diamino- säuren als Produkte der Hydrolyse von Casein und Leim lassen sich nicht mehr aufrecht erhalten (7). Manche Ergänzungen zu allen diesen Angaben bezüglich der Monamino- säuren, die sich bei der Eiweißhydrolyse nachweisen lassen, werden aus den Tabellen auf S. 47 und 48 zu ersehen sein, die größtenteils auf Grund der FisCHERschen Estermethoden gewonnene Resultate umfassen. Obwohl die Verluste bei dieser Trennungsmethode groß sind, so scheint es doch nicht als ob noch viele Spaltungsprodukte des Eiweiß unbekannt wären. Ab- gesehen von den zu erwartenden sekundären Differenzen haben die Hydro- lysen mittels Säure und Alkah so übereinstimmende Befunde geliefert, daß kein Zweifel daran bestehen kann, daß alle gefundenen Aminosäuregruppen im Eiweißmolekül präformiert sind und nicht erst bei der Hydrolyse gebildet werden (8). Auch die vollständige Hydrolyse mit Wasser unter höherem Best.: FoREMAN, Biochem. Journ., 8, 463 (1914); Naphthalin- u. Toluolsulfoglutamin- säure: Bergell, Ztsch. physiol. Chem., 104, 182 (1919). Dissoziat. d. Chlorhydrats: J. H. Long, Journ. Amor. Chem. Soc, 37, 1333 (1915). Darstellung: H. D. Darin, Biochem. Journ., 12, 290 (1918). 1) Habermann u. Ehrenfeld, Ztsch. physiol. Chem., 35, 231 (1902). — 2) E. Schulze, Bcr. chem. Gs., 39, 2932 (1906). Schulze u. Trier, Ebenda, 45, 257 (1912). WALDENSche Umkehrung: E Fischer u. Moreschi, Ebenda, p. 2447. — 3) Abderhalden u. Kautzsch, Ztsch. physiol. Chem., 64, 447 (1910); 68, 487 (1910). E. Fischer u. Boehner, Ber. chem. Ges., 44, 1332 (1911). F. W. Fore- man, Biochem. Journ., 8, 481 (1914). — 4) Vl. Stanek, Ztsch. Zuck.ind. Böhm., 37, 1 (1912). — 5) H. D. Dakin, Biochem. Journ., 12, 290 (1918). — 6) Zd. Skraup, Ber. chem. Ges., 37, 1801 (1904). Ztsch. physiol. Chem., 42, 276 (1904). C. Neu- berg u. Silbermann, Ebenda, 44, 147 (1905). Abderhalden, Med. Klin., j, Nr. 1 (1905). — 7) Skraup, Monatsh. Chem., 26,243(1905); ebenda 683; Wohlgemute, Ber. chem. Ges., 37, 4362 (1904). Ztsch. physiol. Chem., 44, 630 (1905). Neu- berg, Ebenda, 45, 92 (1905). — 8) Schon bei Schulze, Barbieri u. Bosshard betont: Ztsch. physiol. Chem., 9, 63 (1874). 46 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. Druck hat Ljubawin(I) Resultate ergeben, welche mit den anderen Er- fahrungen übereinstimmen. Die von Schützenberger (2) bei der Alkali- hydrolyse erhaltenen Produkte, wie Tyroleucin, Butalanin und Leucin, sind unzweifelhaft Gemische verschiedener der oben aufgezählten Monamino- säuren gewesen. C. Stoffe, welche bei der Säurehydrolyse von Eiweiß Diamino- stickstoff liefern (3). Eiweißspaltungsprodukte, welche basischer Natur sind und den Diaminosäuren zugerechnet werden müssen, hat zuerst Drechsel (4) 1889 kennen gelehrt. Er isolierte mehrere solche Basen bei der Salzsäurehydrolyse des Caseins. Eine hierher gehörende Substanz, das Lysin, welche schon Drechsel richtig als Diaminocapronsäure erkannte, wurde später als weit- verbreitetes Eiweißspaltungsprodukt vorgefunden. Das ,,Lysatinin" Drech- SELs hingegen konnte später ebenso wenig wie seine Diaminoessigsäure wieder aufgefunden werden (5). Hedin (6) wies vielmehr für das Lysatinin nach, daß dasselbe ein Gemenge von Lysin mit dem zuerst durch Schulze und Steiger (7) in Keimlingen entdeckten Arginin gewesen sei. Das Arginin wurde durch Schulze in seiner Konstitution erschöpfend aufgeklärt und synthetisch dargestellt (8). Es ist die Guanidino-a-Aminovaleriansäure. Die meisten anderen Diaminosäuren sind später durch die Arbeiten von E. Fischer (9) synthetisch leicht zugänglich und genau bekannt geworden. 1896 entdeckte Kossel (1 0) ein weiteres basisches Eiweißspaltungsprodukt, das Histidin. Das analytische Verhalten aller drei Stoffe zeigt viele Ana- logien. Deswegen und wegen des gleichen C- Gehaltes schlug Kossel vor, dieselben als „Hexonbasen" zusammenzufassen. Wahrscheinlich sind diese drei Diaminosäuren die einzigen mit Phosphorwolframsäure leicht fällbaren Diaminosäuren, deren Gruppen im Eiweiß regelmäßig präformiert vor- kommen. In pflanzlichen Proteinen überwiegt allgemein das Arginin. Das Lysin ist nach Fischers Synthese sicher mit der a-£-Diamino- capronsäureCHNHg-CHa-CHg-CHg-CHNHg-COOH identisch. Es wird mit den anderen Hexonbasen durch Phosphorwolframsäure gefällt, mit Baryt umgesetzt, wobei es vorteilhaft ist den Niederschlag vorher wenigstens teil- 1) Ljubawin, Hoppe-Seylers Med. ehem. Untersuehungen (1871), p. 463. Ga- RiLL, Journ. f. Landw., J7, 335 (1889). — 2) Schützenberger, Bull. Soe. Chim. (1874), 2, 482; 23, 24, (1875); 25, 147 (1876). Compt. rend., 84, 124 (1877); igi, 1267 (1886). A. Bleunard, Ebenda, 90, 1080. Ann. Chim. et Phys. (5), ig, 574; 26, 5 (1882). Fleurent, Compt. rend., 117, 790 (1893); 121, 216 (1895). Hugou- nencq u. A. Morel, Ebenda, 142, 1426 (190G). J. Galimard, Lacomme u. Morel, Ebenda, 143, 298 (1906) Hugounencq u. A. Morel, Bull. Soe. Chim. (4), j, 154 (1907). — 3) Vgl. E. Schulze u. Winterstein, Ergebn. d. Physiol., r, I, 32 (1902). Kossel, Ber. ehem. Ges., 34, 3214 (1901). — 4) Drechsel, Ber. ehem. Ges., 23, 3096 (1890). Arch. Physiol. (1891), 248. Ber. säehs. Ges. Wiss. (1892), p. 118. Ber. ehem. Ges., 25, 2454 (1892); 28, 3189 (1895). Siegfried, Ebenda, 24, 418 (1891). — 5) Lysatinin: Siegfried, Ztsch. physiol. Chem., 35, 192 (1902). Dureh Will- stätter, Bor. chem. Ges., 35, 1379 (1902) ist es sehr zweifelhaft geworden, ob Drechsel wirklieh Diaminoessigsäure in Händen hatte. Vgl. aueh Sörensen, Compt. rend. Carlsberg, 6, 61. Die Beziehungen zu Diaminoessigsäure zum Allantoin be- handelt Kossel, Ber. ehem. Ges., 34, 3219 (1901). — 6) Hedin, Ztsch. physiol. Chem., 20, 186; 21, 155, 297 (1895). — 7) Schulze u. Steiger, Ebenda, 11, 43 (1887). Ber. ehem. Ges. ig, 1777. — 8) E. Schulze, Ebenda, 32, 3191 (1899); jo, 2879 (1897). Ztseh. physiol. Chem., 26, 1 (1898). — 9) E. Fischer, Ber. chem. Ges., 34, 454 u. 2900 (1891); 35, 3772 (1902). Sitz.ber. Berlin. Ak. (1900), 1110. Neuberg, Ztsch. Biochem., j, 282 (1906). E. Fischer u. Baske, Ber. chem. Ges., 38, 3607 (1905). Fischer u. Krämer, Ebenda, 41, 2728 (1908). E. Fischer u. Bergmann, Lieb. Ann., 3g8, 96 (19131 — 10) Kossel, Sitz.ber. Berlin, Ak., 9. April 1896. Ztsch. physiol. Chem., 22, 182 (1896); 28, 382 (1899). § 4. Abbau des Eiweißmolekels; Eiweißhydrolyse und die Endprodukte derselben. 47 uijojdXxo I I UBqdojdjfjj, +S-++++ 0'+ I I +++++++ • • +++++ + 'hk t-H— irHt^ -^(M cocDcgmfo:D-( (M -^ a> t> t^ 05 CO T-H CD c- L^_aq CO (M 000 I 00 o 05 o -^ (M CO o lO O " r-. C\JO ' O ro ' O W CM — ■ (M CvJ r-( CO (M (M (M (M CO ' UlsXr]- 00— i(MOO 0(M «OOOOiOO COrHQO-^ -^OllOCO 00^10 03 a^-^Oi>-_^cg^i> aD05^cDOi>^ o ■*' cd '^'ic CO (M^-^'c^j r-T— Tr-rc^ro ui^giCo I- I I . CV. !>. C>-. uisoj^X O C^ lO ^ 05 l> lO CO -«t ( (N^cq^C^J^CO^'-;_«D_ lO C^OO^^O 00^ i-Tcvf '*~crfr-Ti-r co^co^cg^o cvfoir-rcM ■ cdeo'cvfcvTi uuag 00 I 1^-' c»- c^ •'i.^l.s^''^ 8jn?8uiuiB;n{{) CO O (M CO lO O t> Cg •<* C^ -^ CD <£> 03 CD lO -^ O •<* OS CO l:j_-^_^c-^0 O']^ .-H^i>-^co__io lO CO oi^fO^OJ^-^^oq o o oi^co io_c^i-h o^c t-.TcD'co'cD oo'co" cD"oä~co tjTtjT 00 cd" .-TofoT CD ocrcrc^r'^'~t>rco' i-Tt CO CO ca CO ^ cd" oj" CO TjT TjT od CD .-T oi 9jn«8ui3BJi!dsY OOTf—iiOiO COCO -rf— lOOf-HOSr^ U^C^Oi_C0 C\J_j^ t>^CD O^-^C^C^CO CO ■-- OD o; Or-Tofdo r-T o ■*" cT lo cd lOiOTjT cd cd . oq^co inoi^'^^c^oo CO CO Ti^ cvi iO CO f-H uiuBiBjiCuaqj (M <>] rH 00 (M lO CD --1 cg W CO (M CO 00 -»it CO lO CO 00 CM CO (M ■ UJIOJd COOCOOOCMCO 1-« 03 [>. ^ W CD CD 00 lO iC ^o^c^_^0^03_r- c^i_ p i CD o^ i>;_co_-<* oq_oq c-^(m' ■^ cd o> cd o> •rfc^j" cd (m'-"*" od TjT cd cd lid I I cd(M'i-roa"c^"(M'"(>r uronaq^ i-HOio-^Ot^inoj in oocomcM ^ 00 in >n -^ OS ^cd"od-^'~orodo5~ororod t.^ ' ' od t^rf ud -^"cvfco «H^A -=1* CD in O500-* , O CO (^ tH CD --D CO I I in c^j (M 1— CD _|_ uiUBiy (M CO --I 1-1 (M O O I I '^-' CO ■«# rl ■ nOJlOJ[^ir) OOOOOO OOi , in CO CO o in 05 O ' o'c'o'o'o'd'o' I> I-H I CD in 00 OJ in o CD . 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Die Lysinsalze sind rechtsdrehend. Das optische Verhalten der freien übrigens krystallisiert noch nicht dargestellten, Diaminosäure ist unbekannt. Über die Dissoziationskonstanten sind die Angaben von Kanitz einzu- sehen (4). Bei der Synthese erhält man inaktives Lysin (5). Salpetrige Säure führt es in Oxyaminocapronsäure über (6). Oxydation mit Perman- ganat liefert CNH, n- Brenz Weinsäure, Oxalsäure und wahrscheinlich Glut- aminsäure (7). Einige pflanzliche Proteine liefern gar kein Lysin. Nach Osborne und Leavenworth (8) erhält man wohl aus Gliadin Lysin, nicht aber aus Zein. Das Arginin gibt entsprechend seiner Konstitution: ^yC • NH CHa-CHg-CHa-CHNHg-COOH beim Kochen mit Barytwasser Harn- stoff und a-5-Diaminovaleriansäure. Letztere, das Ornithin, fand dement- sprechend KossEL unter den Produkten der Alkalihydrolyse von Eiweiß auf (9). Das Arginin fällt, wie Histidin, mit Silbersalzen aus und wird am besten nach dem von Kossel ermittelten quantitativen Verfahren durch Fällung des Histidins mit Quecksilbersulfat von diesem getrennt (1 0). Das natürliche Arginin ist die rechtsdrehende Modifikation (11). Ein in ver- schiedenen tierischen Geweben, auch in Hefe vorkommendes, weiter unten zu besprechendes Enzym, die Arginase, spaltet das Arginin in Harnstoff und Ornithin. Sie greift nur d-Arginin an, nicht 1-Arginin, Kreatin oder Kreatinin (12). Auch das Guanidin wird bei der Abhandlung des Stickstoff- umsatzes im Pflanzenkörper noch zu besprechen sein (13). Es liefert unter Wasseraufnahme leicht Harnstoff und Ammoniak: NH2.C:NH.NH2+ HgO-)- NHj • CO • NHg + NHg. 1) E. Wechsler, Ztsch. physiol. Chem., 73, 138 (1911). Die ganze Methodik vgl. H. Steudel, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., i, 489 (1909). — 2) Kossel, Ztsch. physiol. Chem., 26, 586 (1899). Willdenow, Ebenda, 25, 523 (1898). Henderson, Ebenda, 29, 320 (1900). Herzog, Ebenda, 34, 625 (1902). Siegfried, Ebenda, 43, 363 (1905). — 3) E. Winterstein, Ebenda, 45, 77 (1905). Lysinplatinchlorid: Siegfried, Ebenda, 76, 234 (1911). — 4) A. Kanitz, Ebenda, 47, 476 (1906). — 5) Aus Piperidin: J. v. Braun, Ber. chem. Ges., 42, 839 (1909). — 6) L. SzYDLOWSKi, Monatsh. Chem., 27, 821 (1906). — 7) Zickgraf, Ber. chem. Ges., 35, 3401 (1902). — 8) Th. B. OsBORNte u. Leavenworth, Journ. Biol. Chem., 14, 481 (1913). — 9) A. Kossel u. F. Weiss, Ztsch. physiol. Chem., 68, 160, 165 (1910). Ornithinsalze: Weiss, Ebenda, 59, 499 (1909). Jaffe, Ber. ehem. Ges., 10, 1925; II, 406 (1878). — 10) Arginin: E. Schulze, Ergebn. d. Physiol. (1902). Ztsch. physiol. Chem., 34, 128 (1901). Kutscher, Ebenda, 32, 476(1901). Herzog, 34, 525 (1902). Kossel u. Kutscher, Ebenda, 31, 165 (1900). Kossel u. Patten, Ebenda, 38, 39 (1903). Ackermann, Ebenda, 47, 366 (1906). M. Schenck, Ebenda, 44, 427 (1905). Bestimmung: Orglmeister, Hofmeist. Beitr., 7, 21 (1905). R. H. A. Plimmer, Biochem. Journ., 10, 115 (1916). B. C. P. Jansen, Chem. Weekbl., 14, 125 (1917). Methylierung: Fngeland u. Kutscher, Ztsch. Biolog., 59, 415 (1912). Homologe: Wintfrstein u. A. Küng, Ztsch. physiol. Chem., 59, 141 (1909). E. Fischer u. Zemplen, Ber. chem. Ges., 43, 2189 (1910). Guanidinovalerian- säure: Synthese von rac. Arginin: Sörensen, Ber. chem. Ges., 43, 643 (1910); Ackermann, Engeland u. Kutscher, Ztsch. Biolog., 57, 179 (1911). — 11) Her- stellung von 1-Arginin: 0. Riesser, Ztsch. physiol. Chem., 49, 210 (1906). — 12) RiESSER, 1. c. H. D. Dakin, Journ. Biol. Chem., 3, 435 (1909). — 13) Guanidin: Cordier, Monatsh. Chem., 27, 697 (1906). Nachweis: D. Ackermann, Ztsch. physiol. Chem., 47, 366 (1906). Zuckerverbindung: Morrell u. Bellars, Proc. Cambridge Phil. Soc, 13, 79 (1905). Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 4 50 ZweiunddreißigBtes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. Bezüglich des verwandten Kreatinins, einer Verbindung der Form: .NH CO NH : C\ welche außerdem eine Imid Verkettung hat, wie sie ^N(CH3).CH, sonst im Eiweiß vielfach vorkommen muß, vermutet Seemann, daß es irgendwie im Eiweiß vorgebildet sein könnte (1). Die verschiedenfach beobachtete Bildung von Guanidin und von Harnstoff aus Eiweiß bei oxydativen Prozessen beruht zweifelsohne auf den Argininresten im Ei- weiß (2). Wichtig ist der Zusammenhang von Lysin und Arginin mit Basen, welche bei der Eiweißfäulnis auftreten und aus den Diaminosäuren durch CO 2" Abspaltung hervorgehen. Ackermann und Kutscher fassen der- artige Bruchstücke von Aminosäuren, die auf physiologischem Wege ent- stehen können, als „Aporhegmen" zusammen (3). Das Putrescin oder Tetramethylendiamin geht aus Ornithin hervor, das Cadaverin oder Penta- methylendiamin ist ein Produkt des Lysins. Ihre Konstitution ist durch Udranszky und Baumann aufgeklärt worden (4). Ellinger zeigte, daß beide Diamine unter CO g- Abspaltung künstUch aus den Diaminosäuren erhalten werden (5). Zu diesen beiden Basen kommt noch das Agmatin, welches aus dem Arginin durch CO g- Abspaltung direkt entsteht, und nach seinem Entdecker Kossel, der es auch synthetisch dargestellt hat, mit dem Amidobutylenguanidin NHg • CNH • NH • CHg • CHg • CHg • CH2NH2 identisch ist (6). Anscheinend kann die Abspaltung der Kohlensäure aus den Diaminosäuren auch auf katalytischem Wege erfolgen, denn Werigo (7) gab an, Pentamethylendiamin bei der Pankreasverdauung gefunden zu haben, und Etard und Vila (8) fanden diese Base bei der H2SO4- Hydrolyse von Muskeln. Offenbar muß bei der bacteriellen Bildung der Diamine eine fermentative CO 2- Abspaltung angenommen werden. SusuKi (9) gab an, daß in Coniferensamen lockere Verbindungen von Arginin mit Eiweiß vorkommen. Das Histidin endlich ist nach den Ermittelungen von Pauly und besonders Knoop und Windaus als ein )9-Imidazolderivat des Alanins an- /NH-CH zusehen (10), welchem die Konstitution: HCy II ^N— C.CHg.CHNHg.COOH 1) J. Seemann, Ztsch. Biolog., 6g, 333 (1907). — 2) Kutscher u. Zickgraf, Berhn. Akad., 28, 624 (1903). Kutscher u. Beneche, Ztsch. physiol. Chem., 32, 278 u. 413 (1901); Harnstoff: Bechamp, Journ. prakt. Cham., 72, 251. Lossen, Lieb. Ann., 201, 369 (1880). F. Hofmeister, Arch. exp. Pathol., 37 (1896). Falta, Ber. ehem. Ges., 34, 2674 (1901). Abderhalden, Ztsch. physio). Chem., 37, 506 (1902). Fr. N. Schulz, Ebenda, 33, 363 (1901). Hugounencq, Compt. rend., 132, 1240. Journ. Pharm, et Chim. (6), 13, 560 (1901). — 3) D. Ackermann u. Fr. Kutscher, Ztsch. physiol. Chem., 6g, 265 u. 273 (1910). — 4) Udranszky u. Bau- mann, Ber. chem. Ges., 21, 2938; Ladenburg, Ebenda, iq, 2585. Gulswitsch, Ztsch. physiol. Chem., 20, 287 (1894). — 5) Ellinger, Bef. chem. Ges., 31, 3183 (1898); 32, 3542 (1899). C. Neuberg, Ztsch. physiol. Chem., 45, 110(1905). Acker- mann, Ebenda, 53, 545 (1907). Pentamethylenderivate: J. v. Braun, Ber. chem. Ges., 43, 2864 (1910). — 6) A. Kossel, Ztsch. physiol. Chem., 66, 257 (1910); 68, 170 (1910). Sitz.ber. Heidelberg. Akad. (1910), Nr. 12. — 7) Werigo, Pflüg. Arch., 51, 362 (1891). — 8) Etard u. Vila, Compt. rend., 135, 698 (1902); 136, 1285. Posternak, Ebenda, 135, 865, wies nach, daß das „Musculamin" dieser Forscher mit Pentamethylendiamin identisch ist. — 9) U. Susuki, Chem.-Ztg., 23, 658 (1899). — 10) F. Knoop u. A. Windaus, Hofmeist. Beitr., 7, 144 (1905); 8, 406 (1906); 10, 111 (1907). H. Pauly, Ztsch. physiol. Chem., 42, 508 (1904). F. Weigert, Ebenda, 39, 213 (1903). S. Fränkel, Sitz.ber. Wien. Ak., 112, IIb, März 1903. 'Hofmeist. Beitr., 8, 156 (1906). § 4. Abbau deß Eiweißmolekels; Eiweißbydrolyse und die Endprodukte derselben. 51 zukommt. Histidin steht somit einerseits mit dem Arginin in naher Be- ziehung, andererseits mit dem Alanin und dessen aromatischen Derivaten. Pyman ist die Synthese des Histidins auf Grund dieser Tatsachen, von der Citronensäure ausgehend, gelungen (1). Sowie die natürhch vorkommen- den Phenyl- und Oxyphenylderivate desAlanins linksdrehend sind, so handelt es sich auch beim Histidin um die l-Modifikation. Die Salze der Substanz sind rechtsdrehend. Bei der Darstellung kommt die Fällung als Quecksilber- salz in Betracht. Am meisten Histidin erhielt man bisher aus dem Globulin des Pferdeblutes: 11% (2). Pflanzliche Proteine liefern es zwar regel- mäßig, doch in geringen Mengen, nie über 3,5%. Aus Pilzen, wie Mutter- korn und Boletus edulis, hat man das betainartige Trimethylhistidin iso- liert (3), welches mit den synthetisch hergestellten Präparaten der gleichen Konstitution sicher identisch ist. Das Carnosin aus Muskel ist ein /S-Alanyl- derivat von Histidin (4). Histidin gibt keine MiLLON-Probe, wohl aber nach Herzog (5) die Biuretreaktion. Mit Bromwasser entsteht eine Rotfärbung beim Erwärmen (6). Wie Tyrosin, so gibt auch Histidin in sodaalkalischer Lösung mit Diazobenzolsulfosäure eine dunkelrote Farbenreaktion, die bei Abwesenheit von Tyrosin zur Aufsuchung von Histidin verwendet werden kann (Pauly). Wenn man gleichzeitig anwesendes Tyrosin nach Inouye (7) durch Benzoylierung zu dieser Reaktion unfähig macht, so läßt sich die Diazoprobe auch in Aminosäurengemischen auf Histidin verwerten. Weiss und SsoBOLEW haben auch eine colorimetrische Bestimmungsmethode auf Histidin unter Benutzung der Reaktion mit der EHRLiCHschen Sulfanil- säure-Nitrit-Mischung als Diazoreagens ausgearbeitet, wobei eine Histidin- lösung 1:10000 als Testlösung dient (8). Im Tierkörper wird Histidin nach Dakin zu Acetessigsäure und Harn- stoff abgebaut (9). Vom Histidin leitet sich das jö-Imidazolyl-Äthylamin oder Histamin ab (10). Um die quantitative Analyse der Hexonbasen haben sich vor allem KosSEL und dessen Schüler große Verdienste erworben; es erwies sich, daß besonders die im Sperma reichlich vertretenen Protamine enorme Mengen an Arginin enthalten. Von Pflanzenproteinen sind die Globuline aus Coni- ferensamen als argininreich zu erwähnen (1 1 ), aber auch andere Samenglobu- line, die 10—12% an Arginin liefern. Edestin ergab über 14% Arginin. Die im Fischsperma vorkommenden Protamine Salmin und Clupein lieferten jedoch über 80% an Arginin. Sie enthalten weder Lysin noch Histidin. 1) Fr. L. Pyman, Journ. Chem. Soc, ^9, 1386 (1911); log, 186 (1916). 0. Gerngross, Ber. ehem. Ges., 42, 398 (1909). Spaltung von rac. Histidin: Abder- halden u. Weil, Ztsch. physiol. Chem., jy, 435 (1912). Darstellung: H. M. Jones, Journ. Eiol. Chem., jj, 429 (1918). — 2) Lawrow, Ber. chem. Ges., 34. 101 (1901). Zentr. Physiol. (1901), p. 635. Pikrolonsäureverbindung: P. Brigl, Ztsch. physiol. Chem., 64, 337 (1910). Verbindungen: H. Pauly, Ebenda, p. 75. Dijodhistidin: Pauly, Ber. chem. Ges., 43, 2243 (1910). — 3) G. Barger u. A. S. Evins, Biochcm. Journ., 7, 204 (1913). R. Engeland u. Fr. Kutscher, Ztsch. f. Biol., sg, 415 (1912). — 4) Wl. Gule witsch, Ber. chem. Ges., jj, 1902 (1900). Ztsch. physiol. Chem., 50, 535 (1907). L. Baumann u. Ingwaldsen, Journ. Biol. Chem., J5, 263 (1918). — 5) Herzog, Ztsch. physiol. Chem., 57, 248 (1902). — 6) F. Knoop, Hofmeist. .Beitr., jj, 356 (1908). — 7) K. Inouye, Ztsch. physiol. Chem., 83, 79 (1913). Vgl. anch Kossel u. Edlbacher, Ebenda, pj, 396 (1915). — Reaktionen: Aldrich, Journ. Aniep. Chem. Soc, 37, 203-(1915). — 8) M. Weiss u. N. Ssobolew, Biochem. Ztsch., 55, 119 (1913). Lautenschläger. Ztsch. physiol. Chem.; 102, 226 (1918). — 9) H. D. Dakin u. A. J. Wakeman, Journ. Biol. Chem., 10, 499 (1912). — 10) Synthese: K. Kossler u. Hanke, Journ. Amer. Chem. Soc, 40, 1716 (1918). — 1 1) E. Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 24, 276 (1897); 28, 459 (1899). L. Rongger, Landw. Versuchsstat., 51. 89 (1899). Suzuki, Bull. Agr. Coli., 4. 1 (1900). 4* 52 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. Sonst sind mit Sicherheit keine anderen Diaminosäuren als regel- mäßige Produkte der Eiweißhydrolyse beobachtet. Aus Casein erhielten Fischer und Abderhalden (1 ) kleine Mengen einer Säure, die sie als Diamino-Trioxydodecansäure ansprachen Ci2H2805N2- Doch ist hierüber nicht wieder berichtet worden. Die von Skraup angegebenen Verbindungen Diaminoglutarsäure, Diaminoadipinsäure waren offenJ)ar Gemische ver- schiedener einfacher Monaminosäuren (2). Nach Hofmeister beruht auf der Gegenwart der Diaminosauregruppen im Eiweißmolekül der positive Ausfall der sogenannten Alkaloidreaktionen der Proteinstoffe (3). Vollständig erfolgen alle diese Fällungen erst bei saurer Reaktion, es werden aber Diamino-N-reicÜe Eiweißsübstanzen auch schon bei neutraler Reaktion gefällt. Fällungsmittel für Eiweiß sind be- kanntlich Phosphorwolfram- uhd Phosphormolybdänsäure, Kaliumqueck- silber- und Kalium Wismut Jodid, Gerbsäure, Pikrinsäure, Ferrocy an Wasser- stoff und Trichloressigsäure. D. Schwefelhaltige Hydratationsprodukte der Eiweißstoffe (4). Schon Scheele wußte,c daß Eiweißstoffe bei Behandlung mit Alkali reichlich Schwefelwasserstoff abspalten. Die Basis zur Kenntnis vom Schwefelgehalte der Eiweißstoffe wurde später durch eine Reihe von Ar- beiten aus dem Laboratorium Liebigs gelegt, welche als nächste Aufgabe die Widerlegung der Proteintheorie Mulders hatten. Fleitmann (5) zeigte, daß Mulders angeblich schwefelfreies „Protein" tatsächlich noch Schwefel enthielt, und es fiel diesem Forscher, wie in neuerer Zeit Krüger (6) auf, daß der Eiweißschwefel in ähnlicher Weise allmählich abgespalten wird, wie es beim Cystin der Fall ist. Die Vermutung, daß das von Wollaston zuerst aus Blasensteinen gewonnene Cystin (7) ein intermediäres Spaltungsprodukt der Eiweißkörper sei, prüfte Suter (8), nachdem Külz (9) das Cys'tin bei der pankreatischen Fibrinverdauung nachgewiesen hatte. Infolge der Arbeit Fleitmanns, welche gezeigt hatte, daß nicht der gesamte Eiweißschwefel leicht abgespalten werden kann, unterschied man bis in die jüngste Zeit eine doppelte Bindung des Eiweißschwefels. Anfangs sprach man von „oxydiertem" und „unoxydiertem" Schwefel, doch hat sich bis auf vereinzelte Ausnahmen (1 0) später kein Forscher für die Existenz von SO2- Gruppen im Eiweiß mehr ausgesprochen. Man unterschied nur ,, locker" und „fest" gebundenen Schwefel. Mörner(11) hat darauf aufmerk- sam gemacht, daß die Annahme von Cystingruppen im Eiweiß nicht alle Reaktionen zu erklären vermag. Das reine Cystin gibt nämlich keine Reak- tion mit alkalischer Nitroprüssidnatriumlösupg, während, wie später auch 1) E. Fischer u. Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., 42, 540 (1904). Ber. ehem. Ges., (1906), p. '598). — 2) Zd. H. Skraup, Monatsh. Cheip., 26, 243 u. 683 (1905), ebenda, p. 1343, 1351.'— 3) Vgl. hierzu Hanzlik, Journ. Biol. Chem., 20, 13 (1915). Fällung mit Chromat.: R. S. Finch, Biochem. Bull., 4, 203 (1915). — 4) Vgl. E. Fried MANN, Ergebn. Physiol., i, I, 15 (1902). Abderhalden, Biochem. Zentr., 2, Nr. 8 (1904). M. Hausmann, Verh. Schweiz. Naturf. Ges. 1915, II, 180. — 5) Fleitmann, Lieb. -Ann., 61; 66, 380 (1848). — 6) Krüger, Pflüg. Arch., 43, 244 (1888). Bau mann u. Gold mann, Ztsch, physiol. Chem., 12, 257 (1888). — 7) Histor. über Cystin in Berzelius Jahresber., 19, 706 (1840). — 8) F. Suter, Ztsch. physiol. Chem., 20, 564 (1895). — 9) E. Külz, Ztsch. Biol., 27, 415 (1891). Emmerling, Chem.-Ztg. (1894), Nr. 80. — 10) P. N. Raikow, Chem.-Ztg., 29, 900 (1906); 0. Baudisch, Ebenda, 32, 620 (1908). Die „Chondroitihschwefelsäure" des tierischen Knorpels ist eine N-haltige den Kohlenhydraten nahestehende Substanz mit einem gepaarten Schwefelsäurerest. Vgl. Levene u. F. B. La Force, Journ. of biol. Chem., 15, 155 (1913). — 11) Mörner, Zt^ch. I)|iysiol. Chem., 28, 595 (1899); 34, 207. Fr. N. Schulz, Ebenda, 25, 16 (1898). § 4. Abbau des Eiweißmolekels; Eiweißhydrolyse und die Endprodukte derselben. 53 Heffter, Arnold und andere Forscher (1 ) gezeigt haben, eine ganze An- zahl von Proteinstoffen, die piurpurfarbene Reaktion mit diesem Reagens geben, so wie Cystem, die Afkylmercaptane, Thioglykolsäure, Thiomilch- säure, Thiophenol u. a. Stoffe, welche die freie Sulfhydrylgruppe SH ent- halten. GoLA (2) hat für pflanzliche Gewebe und Buffa (3) für tierische Zellen die weite Verbreitung dieser Reaktion gezeigt. Stark erscheint sie besonders in den plasmareichen jungen Zellen der Vegetationspunkte. Es ist mithin wahrscheinlich, daß hier allenthalben mercaptanartige Schwefel- bildung vorkommt, und Heffter hat durch Versuche an Eieralbumin auf die Wahrscheinlichkeit aufmerksam gemacht, daß die häufig zu beob- achtende Reduktion von Schwefel in lebenden Zellen eine Folge dieses Ge- haltes an Sulfhydrylgruppen ist, welche damit Polysulfide und freien Schwefelwasserstoff bilden. Ganz frei von solchen Gruppen sind nach Mörner Keratin, Serum- albumin und Serumglobulin, wo aller Schwefel als Cystinschwefel vorkommen dürfte. Ob außer dem SH-Schwefel und Cystinschwefel noch andere Bin- dungsformen anzunehmen sind, ist noch zu untersuchen. Insbesondere hat Johnson (4) daran gedacht, ob im Eiweiß nicht thiopolypeptidartige Verkettungen mit der Gruppe CS vorkommen, und damit im Zusammen- hange die Frage nach thioamidartigen Bindungen erwogen. Im Einklänge mit den obigen Vorstellungen über den Zusammenhang des SH- Schwefels und des Cystinschwefels steht es, daß Mathews und W^alker (5) eine spontane Oxydation des Cysteins zu Cystin in alkalischer Lösung feststellen konnten. Eisensalze katalysierten diesen Vorgang. Bei der Eiweißhydrolyse wurde sowohl Cystin, das Sulfid des Cysteins, als auch Cystein oder das Thio-Alanin und dessen stufenweise Abbaupro- dukte: Thiomilchsäure, Äthylsulfid und mercaptanartige Stoffe beobachtet. Das Cystin ist am reichlichsten aus Keratin zu erhalten. Menschen- haare lieferten bis zu 14,53%, Nägel weniger (6). Als allgemeines Produkt der Eiweißhydrolyse wurde es durch Mörner und durch Embden erkannt (7), Die Präparate aus Roßhaaren und Cystinsteinen fand Fischer völhg iden- tisch (8). Das sehr schwer lösliche Cystin scheidet sich zugleich mit Tyrosin aus der bis zur schwach sauren Reaktion mit Alkali versetzten Hydrolysen- flüssigkeit ab. Patten benutzte zur Isolierung die Fällung mit Mercuri- sulfat (9). Baumann wies nach, das das Cystin durch Reduktion in eine bis dahin unbekannt gewesene Base übergeht, das Cystein, welches sich zum Cystin verhält wie einMercaptan zu seinem Sulfid (10). Friedmann (11) 1) A. Heffter u. M. Hausmann, Hofmeist. Beitr., 5, 213 (1904). Heffteh, Mediz.naturw. Arch., i, 81 (1908). V. Arnold, Ztsch. physiol. Chem., 70, 300 (1911) u. ebenda, 314. T. Thunberg, Ergebn. d. Physiol., 11, 328 (1911). M. Hausmann, Biochem. Ztsch., 58, 65 (1913). — 2) Gola, Malpighia, 16, (1902). — 3) E. Buffa, Journ. de Physiol. et de Pathol. g6n., 6, 645 (1904). J. de Rey-Pailhade, Soc, Biol., 59, 647 (1905) hat den SH2 bildenden und schwefelreduzierenden Stoff als „Philothion" bezeichnet und labile H-Atome (Philothionwasserstoff) als Agens an- genommen. — 4) Tr. B. Johnson u. G. Burnham, Journ. Biol. Chem., 9, 331, 439 u. 449 (1911). — 5) A. P. Matthews u. S. Walker, Ebenda, 6, 289 u. 299 (1909). — 6) H. Buchtala, Ztsch. physiol. Chem., 52, 474 (1907). — 7) Mörner, 1. c. G. Embden, Ztsch. physiol. Chem., 32, 94 (1901). Zur Darstellungsmethodik: 0. Polin, Journ. Biol. Chem., 8, 9 (1910). Plimmer, Biochem. Journ., 2, 311 (1913). — 8) E. Fischer u. U. Suzuki, Ztsch. physiol. Chem., 45, 405 (1905). Abderhalden, Ebenda, J04, 129 (1919). — 9) J. Patten, Ebenda, 39, 352 (1903). Ali Riza, Bull. Soc. Chim. (3), 29, 249 (1903). Phosphorwolframsäurefällung: Winter- stein, Ebenda, 34, 163 (1901). Chem. Eigenschaften: Mauthner, Ztsch. f. Biol., 42, 176 (1901). Cystinsalzc: Mörner, Ztsch. physiol. Chem., 93, 203(1914). KMnO«- Oxydation: Th. Lissizin, Biochem. Bull., 4, 18 (1916). — 10) Baumann, Ztsch. physiol. Chem., 8, 299 (1884). Brenzinger, Ebenda, j6, 652 (1892). — 11) E.Fried- 54 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. gelang es, die richtige Konstitutionslormel für das Cystein aufzufinden und zu zeigen, daß es sich um ein ^-Thioalanin handelt: SH^CHg'CHNHa'COOH. Somit wäre Cystin die Verbindung: S • CH/. CHNH2 • COOH S.CHa.CHNHa-COOH. Das natürliche Cystin ist optisch aktiv und stellt die 1-Modifikation dieser racemischen Verbindung dar. Durch Schwefelabspaltung kam Mauth- ner(1) vom Cystin zum Alanin, durch Kohlensäureabspaltung erhielten Neu- berg und Ascher (2) Aminoäthandisulf id : S-CHa'CHgNHg S-CHa-CH.^NHa. Friedmann ge- lang es vom Eiweißcystin zur a-Thiomilchsäure zu gelangen (3). Wahr- scheinlich wird bei den Reaktionen, die zur Bildung der a-Thiomilchsäure führen, intermediär Brenztraubensäure gebildet, welche die a-Thiomilch- säure sekundär liefert. Nach Rothera (4) ist für die a-Thiomilchsäure die rote Reaktion mit FeClg und Ammoniak charakteristisch. Aus Schafwolle stellte Friedmann ferner Thioglykolsäure SHCHg • COOH her. Vielleicht sind solche Gruppen neben anderen die Quelle für die SH-Reaktionen im Eiweiß. Wie schon Baumann hervorhob, kann der von Drechsel (5) be- reits erwähnte Befund von Äthylsulfid C2H5 • S • G2H5 bei der Salzöäurc- hydrolyse von Eiweiß gleichfalls mit dieser Gruppenreihe im Zusammenhang stehen. Dasselbe gilt vom Methylmcrcaptan, welches neben SH2 in der Eiweißfäulnis entsteht (6). Rubner gibt Äthylmercaptan als Produkt der Eiweißfäulnis an. Methylmcrcaptan weist man nach mittels der Reaktion von Denig^s: Grünfärbung mit H2SO4 und l%igem Isatin (7). Mit Quecksilberchlorid fällt man wie Hildebrandt (8) fand, die ganze Schwefelwasserstoff bildende Gruppierung im Eiweiß aus. Verfahren zur Bestimmung des Gesamtschwefels der Eiweißkörper wurden angegeben durch Liebig (9), später von Carius, v. Asboth und Düring(IO). Nach dem Vorgange des letztgenannten Forschers, sowie nach Osborne (11) schließt man das Eiweiß am besten auf, indem man die Oxy- dation mit Natriumsuperoxyd vornimmt. Der Schwefelgehalt der einzelnen Proteinstoffe ist recht verschieden. Soweit bekannt, enthalten die pflanzlichen Eiweißstoffe stets unter 2% S; die tierischen Keratine können bis über 5% S aufweisen. Schwefelfrei scheinen die Protamine zu sein. Andere Angaben über schwefelfreie Proteine sind mit großer Reserve aufzunehmen (12). Die Proteosen sind ebenso schwefel- MANN, Hofmeisf. Beitr., 2, 433 (1902); ?, 1 (1903). Neuberg, Ber. ehem. Ges., 35, 3161 (1902); Fried mann, Hof meist. Boitr., 3, 184 (1903); 4- 486 (1904); Eülen- MEYER jun., Ber. chera. Ges., 36, 2720 (1903). 1) J. Mauthxek, Ztsch. physiol. Chcm., 7S, 28 (1912). — 2) C. Neuberg u. E. Ascher, Biochem. Ztsch., 5, 451 (1907). — 3) E. Fkiedmann u. J. Baer, Ilofnieist. Beitr., 8, 326 (1906). Vgl. hierzu Mörner, Ztsch. plivsiol. Chcm., 42, 349 (1904); ebenda, p. 365; C. Neuberg u. P. Mayer, Ebenda, 44, 472 u. 498 (1905). — 4) C. H. Rothera, Journ. of Physiol., 32, 175 (1905). — 5) Dreohsei-, Zcntr. Physiol., 10, 529 (1896). — 6) Vgl. Sai-kowski, Ber. chera. Ges., 12, 648 (1879); Baumann, 1. c. 1895., Rubner, Arch. Hyg., 19, 136 (1893). Mörner, Ztsch. physiol. ehem., 22, 514 (1897). Nencki u. Sieber, Monatsh. Chem., 10, 526 (1889). — 7) Dbnigüs.' Corapt. rend., 108, 350 (1889). — 8) H. Hildebrandt, Hof meist. Beitr., rr, 409 (1908). — 9) Vgl. Rüuing, Lieb. Ann., 5S, 301 (1846). Mohr, Ztsch. physiol. ehem., 20, 556 (1895). Hammarsten, Ebenda, 9, 273 (1885). — 10) Düring, Ebenda, 22, 281 (1896). Asboth, ehem.-Ztg. (1895), p. 2040. — 11) Osborne, Journ. Amer. ehem. Soc, 24, 140; Ztsch. analyt. ehem., 41, 25 (1902). Auch Khummacher, Ztsch. Bio!., 44, 310(1903). Gehalt vegetabilischer Stoffe an Schwefel: A. STUT2ER, Biochem. Ztsch., 7, 471 (1907). — 12) Vgl. Petit. Compt. rend., 116, 995 (schwefelfreies Malznuclein). Nencki, Ber. chem. Ges., 17, 2605 (1885). Journ. prakt. ehem., 20, 443 (1879) über schwefclfreies Bactcrienprotein.) S-freie Proteosen: Schrott ER, Monatsh. Chem., 14, 612 (1893); 16, 609 (1895). § 4. Abbau des Eiwcißmolekels; Eiweißhydrolyse und die Endprodukte derselben, 55 reich wie die nativen Eiweißstoffe. Erst von den Peptonen kennt man sicher scbwefelfreie Vertreter. Osborne gibt für das Edestin 0,884% Gesamt- S an, für Excelsin 1,088%, für Legumin 0,385%, Vignin 0,426%, Glycinin 0,71%, Amandin 0,429%, Gliadin 1,027%, Hordein 0,847%, ^ein 0,6%, Hundeblut-Oxyhämoglobin 0,5618%, Ovalbumin 1,616%, Ovovitellin 1,028% und Kuhmilchcasein 0,8% Schwefel. E. Kohlenhydrate als hydrolytisch aus Eiweiß abspaltbarc Pro- dukte (1). Bis in die neueste Zeit war die Frage, ob im Eiweißmolekül Kohlen- hydratreste anzunehmen seien, eine offene. Es hatten zwar Befunde von ScHÜTZENBERGER die Existenz eines amidartigen Derivates von Kohlen- hydraten unter den Eiweißspaltungsprodukten wahrscheinlich gemacht; ferner hatte Udranszky (2) nahegelegt, daß die bei den meisten Eiweiß- stoffen eintretende rotviolette Reaktion mit a-Naphthol und konzentrierter Schwefelsäure als eine auf Kohlenhydratgruppen zu beziehende Probe aufzufassen sei. Man benut/t auch jetzt diese nach Molisch benannte Reaktion zum Nachweise von Kohlenhydratgruppen im Eiweiß (3). Ferner hat Drechsel (4) auf das Reduktionsvermögen von Eiweißstoffen auf- merksam gemacht, jedoch nicht ohne zu betonen, daß die alkalische Kupfer- lösung auch noch durch andere Produkte reduziert werden könne. Pavy gelang es 1895 einwandfrei nachzuweisen, daß man bei der Salz- säurehydrolyse von Ovalbumin ein Kohlenhydrat erhält (5). Er sowohl, wie Krawkow (6), welcher Erbsenlegumin mit positivem Erfolge prüfte, ebenso Blumenthal (7), nahm an, daß es sich um N-freie Spaltungsprodukte handle. Hingegen gewann Seemann (8) aus reinem Ovalbumin Glucosamin. Fränkel (9) isolierte bei der Barythydrolyse von Ovalbumin eine krystalli- nische N-haltige Base, das Albamin, welches nach seiner Zusammensetzung ein Dihexosamin, 2{G6H,04NH2) -f HoO zu sein schien. Seither ist durch Eichholz, Hofmeister, Kurajeff, Langstein (10) die Existenz des d-Glucosamins unter den Eiweißspaltungsprodukten außer Zweifel gesetzt worden. Neuberg hat die sichere Identität dieses Produktes mit dem aus Chitin darstellbaren Glucosamin bewiesen (11). Oshima und Tadoroko fanden Glucosamin bei der Hydrolyse des Mucins der Dioscorea- Knollen (12). Doch ist damit wahrscheinlich die Kenntnis der Kohlenhydratgruppen im Eiweiß noch nicht erschöpft. Langstein (1 3) nahm für das Serumalbumin drei verschiedene Kohlenhydratgruppen an, von denen die eine Säure- charakter hat. Beim Alkali-Tryp sin- Abbau von Globulin aus Serum erhielt 1) Vgl. L. Langstein, Ergebn. d. Physiol., i, i, 91 (1902); j, I, 463 (1904). Hofmeist. Beitr., 6, 349 (1905). — 2) Udranszky, Ztsch. physiol. Chem. 12, 389 (1888). — 3) Vgl. jedoch die Einwände von Osborne u. Harris, Journ. Amer. Chem. Soc, 25, 474 (1903). — 4) Drechsel, Ztsch. physiol. Chem., 21, 68 (1895). — 5) Pavy, Chem. Zentr. (1895), II, 685. — 6) Krawkow, Pflüg. Arch., 65, 281 (1896). — 7) Blumenthal, Compt. rend., 128, 117(1899); Ber. chem. Ges., 32, 274 (1899). — 8) Seemann, Diss. Marburg (1898). Müller u. Seemann, Deutsch, med. Woch.schr., 25, 209 (1899). — 9) S. Frankel, Monatsh. Chem., 19, 747 (1898). — 10) EiCHHOLZ, Journ. of Physiol., 23, 163 (1898). Hofmeister, Ztsch. physiol. Chem., 24, 159 (1897). Kurajeff, Ebenda, 26, 483 (1898). Langstein, Ebenda, 31, 49 (1901); 42, 171 (1904). Monatsh. Chem., 25, 453 (1903). Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., 41, 530 (1904). — 11) Neuberg, Ber. chem. Ges., 34, 39'63 (1901). Abscheidung von Glucosamin mit Phenylisocyanat: Steudel, Ztsch. physiol. Chem., 34, 353 (1901). Darstellung aus Ovomucoid: A. Oswald, Ebenda, 68, l'S3 (1910). Abbau: K. Stolte, Hofmeist. Beitr., 11, 19 (1907). — 12) K. Oshima u. Tadoroko, Journ. Coli. Agr. Sapporo, 4, 243 (1911). • — 13) Langstein, Münch. med V'och.schr. (1902), p. 1876; Monatsh. Chem., 24, 455 (1903). Ber. chem. Ges., 35, 177 l')02). C. Neuberg u. Milchner, Berlin, klin. Woch.schr. (1904), Nr. 41. 56 Zweiunddreißigstes Kapitel : Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. derselbe Forscher (1 ) eine N-haltige Kohlenhydratsäure, die sich wie eine Oxyaminosäure verhielt. Dazu kommen noch die später bei den Nucleo- proteiden zu erwähnenden Erfahrungen über das Vorkommen von Pentose- resten. Über die Ausbeute an Kohlenhydratgruppen aus den einzelnen Eiweiß- stoffen liegen nur wenige Angaben vor. Langstein erhielt aus dem Eu- globuhn des Eiklars etwa 8,5% Glucosamin. Casein lieferte kein Glucos- amin. Aus Wittepepton stellte Krummacher 2,53% Glucosamin dar (2). Wichtig ist der Befund von Pick (3), wonach Hetero- und Protoproteosen keine Kohlenhydratgruppen enthalten, andere Proteosen aber daran sehr reich sind. Hier sei auch noch der Kohlensäureabspaltung aus Eiweißkörpern bei der Hydrolyse gedacht, als deren Quelle Uramidosäure-artige Gruppen und Glucosamin in Frage kommen (4). F. Anderweitige Eiweißabbauprodukte und Derivate. Auch jene Prozesse, welche ilicht den Hydrolysen zuzurechnen sind, haben vielfach interessante Abbauprodukte und Derivate der Eiweißstoffe geliefert, derer hier noch gedacht werden muß. Mit Brom unter Druck haben Hlasiwetz und Habermann (5) neben Oxydationsprodukten wie Kohlensäure, Oxalsäure, ebenfalls hauptsächlich Aminosäuren erhalten. Die Einwirkung von Permanganaten ist seit älteren Zeiten wiederholt untersucht worden. Man fand unter den Oxydations- produkten Harnstoff (Bechamp) (6) und Guanidin (Lossen), und es bleibt auch nach den letzten Untersuchungen kein Zweifel, daß primär Guanidin, sodann Harnstoff entsteht (Fosse), und daß das Arginin die Muttersubstanz dieser Produkte ist (7). Maly (8) beschrieb als Oxyprotsulfosäure ein durch KMnOi-Einwirkung entstandenes, dem Eiweiß noch nahestehendes Produkt. Doch sind nach den Arbeiten von Bernert, v. Fürth und den- jenigen von BuRACZEWSKi (9) zweifellos mehrere Stoffe in der Oxyprotsulfo- säure zu unterscheiden, welche sich durch ihre verschiedene Löslichkeit in Essigsäure und ihren verschiedenen Gehalt an bleischwärzendem Schwefel trennen lassen. Im ganzen Verlaufe lassen sich mehrere Stufen bei der Permanganateinwirkung unterscheiden. Fürth erhielt zunächst mindestens drei hochmolekulare Peroxyprotsäuren, deren Äthylester näher charakterisier- bar waren. Mit Ba(0H)2 gekocht, verlieren dieselben ihre Oxalsäure bilden- den und basischen Komplexe und liefern unter N-Verlust Desaminoprot- säuren. Letztere wurden zu den amorphen Kyroprotkörpern weiter oxy- diert. Zuletzt treten wie bei der oxydativen Spaltung von Eiweiß mit Chromsäuregemisch Fettsäuren von Ameisensäure bis Capronsäure auf (10). Bei der Oxydation von Eiweiß mit alkalischer Permanganatlösung fanden 1) L. Langstein, Monatsh. Chem., 26, 631 (1905). — 2) 0. Krummacher, Zisch. Biolog., 47, 612 (1906). Bestimmung auch bei C. Neuberg u. Schewket, Biochem. Ztsch., 44, 491 (1912). — 3) E. P. Pick, Ztsch. physiol. Chem., 24, 246 (1897); 28, 219 (1899). — 4) F. Lippich, Ztsch. physiol. Chem., 90, 441 (1914). — 5) Hlasiwetz u. Habermann, Lieb. Ann., 159, 304 (1871). — 6) Bechamp, Ber. chem. Ges., 3, 431 (1870). — 7) R. Fosse, Compt. rend., 154, 1187 u. 1819 (1912). — 8) R. Maly, Sitz.ber. Wien. Ak., 91, II, 167 (1886). Monatsh. Chem., 6, 107 (1885); 8, 256 (1888). Sitz.ber. Wien. Ak., 98, II, 7 (1889). Brücke, Ebenda, 83 (1881). BoNDZYNSKiu. ZojA, Ztsch. physiol. Chem., 19, 226 (1894). — 9) Bernert, Ebenda, 26, 226 (1894). 0. v. Fürth, Hofmeist. Beitr., 6, 296 (1906). J. Bura- czewski u. L. Krauze, Krakauer Akad. Anzeig. (1911), A, p. 426 (1911). Ztsch. physiol. Chem., 71, 163 (1911); 76, 37 (1911). Anzeig. Ak. Krakau (1912), A, p. 698; M. Schub ERTtfowNA, Ebenda, p. 705. 0. Eisler, Biochem. Ztsch., 31, 26 u. 45 (1913). — 10) Guckelbergeb, Lieb. Ann., 64, 38 (1848). §4. Abbau des Eiweißmolekels; Eiweißhydrolyse und die Endprodukte derselben. 57 Kutscher, Zickgraf, Schenck und Seemann (1) das aus dem Arginin hervorgehende Guanidin, Oxamid und oxaminsaures Ammonium, das den Glykokollgruppen entstammt und welches zum Nachweise der letzteren benutzt werden kann. Die Einwirkung alkoholischer Natronlauge auf Eiweiß bietet nach Paal und Schilling (2) keine besonderen Abweichungen. Einwirkung von Kalilauge auf Eiweiß bei niederer Temperatur studierte Danilewski (3). Die Einwirkung von Alkalien bedingt zunächst Racemisierung des Eiweiß (4). Durch die Einwirkung von Wasserstoffperoxyd auf Eiweiß gewannen Fr. N. Schulz und Couvreur (5) ein „Oxyprotein" von saurem Charakter, welches um 2,6% 0 mehr enthält als das native Eiweiß, und alle Gruppen- reaktionen desselben noch zeigt. Weiterhin wird aber Ammoniak abge- spalten und es entstehen Oxysäuren und Fettsäuren (6). Bei der Oxydation mit H2O2 und Fe.2(S04)3 entsteht nach Blumenthal und Neuberg, sowie Orgler (7) Aceton. Keine Hydrolyse erfolgt, wie Harries (8) fand, bei der Einwirkung von Ozon auf Eiweiß. Aminosäuren werden nicht abge- spalten, die Tyrosingruppen jedoch zerstört. Ozonidartige Stoffe ent- stehen nicht. Als Oxydationsprodukt verschiedener Eiweißstoffe, wenn dieselben mit einem Gemische aus gleichen Teilen Wasser, konzentrierter Salpeter- säure und konzentrierter Schwefelsäure oder auch mit Chromsäuremischung behandelt wurden, fand Flimmer (9) Blausäure. Casein lieferte im Mittel 0,74%, Fibrin 0,56%, Wittepepton 0,53%, Ovalbumin 0,6% und Gelatine 0,2% CNH. Von den Aminosäuren ergalien Glykokoll und Asparaginsäure am meisten Blausäure. Pflanzliche Proteinstoffe sind im Hinblick auf diese interessante Reaktion bisher nicht geprüft worden. Bei der Einwirkung von Salpetersäure auf Leim entsteht Oxalsäure, ebenso aus Kleber in der Kalischmelze neben Ammoniak (Ssadikow) (10). EinNitroeiweiß herzustellen, gelang Fürth (11), nachdem LoEW nur weiter- gehenden Eiweißabbau bei der Einwirkung von Salpetersäure auf Eiweiß erreicht hatte. Das Nitrocasein von Fürth gab keine Millon- Reaktion, enthielt aber noch die Indol liefernde Gruppe. Kossel stellte ein Nitro- derivat von Edestin dar. Mörner (12) erhielt bei Behandlung von Eiweiß mit HNO3 Methylsulfosäure HO • SOo • CH3; Cystin als Muttersubstanz scheint ausgeschlossen. Weiter ergeben sich etwa 30% an Oxalsäure, p-Nitrobenzoesäure, Trinitrophenol, Imidazol-Glyoxylsäure, Nitro-Imidazol- carbonsäure u. a. 1) Kutscher u. Zickgraf, Sitz.ber. Berl. Ak., 28. Mai 1903. Zickgraf, Ztsch. physiol. Chem., 41, 269 (1904). Kutscher u. Schenck, Ber. ehem. Ges., 37, 2928 (1904); 38, 455 (1905). Ztsch. physiol. Chem., 46, 309 (1905). J. Seemann, Zentr. Physiol., 18, 285 (1904). Kutscher u. Seemann, 17, 715 (1904). Ztsch. physiol. Chem., 44, 228 (1905). 0. Loew, Journ. prakt. Chem., 31, 129. — 2) Paal u. Schilling, Chem.-Ztg., ig, 1487 (1895). — 3) Danilewsky, Ber. chem. Ges., II, 1267 (1878). — 4) A. Kossel u. F. Weiss, Ztsch. physiol. Chem., 59, 492; 60, 311 (1909). — 5) Fr. N. Schulz u. Couvreur, Ebenda, 2g, 86 (1899). Münch. med. Woch.schr. (1900), p. 1521. — 6) J. Effbont, Compt. rend., 154, 1111 (1912). — 7) Blumenthal u. Neuberg, Deutsch, med Woch.schr. (1901), 27, 6; Orgler, Hof meist. Beitr., i, 583 (1902). — 8) C. Harries, Ber. chem. Ges., 38, 2990 (1906). Harries u. Langheld, Ztsch. physiol. Chem., 51, 342(1907). — 9) R. H. A. Plimmer, Journ. of Physiol., 31, 65 (1904); 32, 51 (19Ö6). Über Oxydation von Aminosäuren zu Cyaniden: Darin, Biochem. Journ., 10, 319 (1916). — 10) W. Ssadikow, Chem. Zentr. (1909), II, 1126. — 11) 0. v. Fürth, Einwirkung von HNO, auf Eiweißstoffe. Habilit.-Schr. Straßburg 1899. Auch A. Kossel u. Fr. Weiss, Ztsch. physiol. Chem., 84, 1 (1913). — 12) C. Th. Mörner, Ztsch. physiol. Chem., 93, 176 (1914); 95, 263 (1915); g8, 89, 93, 97 (1916); loi, 15 (1917); 103, 80 (1918). Knoop, Ebenda, loi, 210 (1918); Johnson, Journ. Amer. Chem. Soc, 37, 2170 u. 2598 (1915); 38, 1392. 58 Zweiunddreißigstee Kapitel : Die physik. u, ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. Wenn man salpetrige Säure auf Eiweiß einwirken läßt, so verliert das Eiweiß die Aminogruppen und geht in Desaminoeiweiß über, welches be- sonders durch Skraup näher studiert worden ist (1). van Slyke hat, wie oben erwähnt, diese Reaktion zur Bestimmung des aliphatischen Amino- stickstoffes benutzt. Die Aminosäurekerne selbst bleiben in ihrer Kohlen- stoffkette unverändert. Bei der Stickstoffabspaltung durch Behandlung mit Bromlauge geht die Zerstörung nach den Angaben von Skraup weiter und man findet nicht mehr alle Kohlenstoffskelette der Aminosäuren in- takt (2). Aus dem tierischen Stoffwechsel sind mehrere Oxydationsprodukte von Eiweiß, die den nativen Proteinen nahe stehen, bekannt geworden, nicht aber bisher aus dem pflanzlichen Stoffwechsel. Die normalen N- Sub- stanzen des Harns bestehen nach Bondzynski (3) zum Teil gleichfalls aus sauren Eiweißoxydationsprodukten, Oxyproteinsäuren. Nach Gla- GOLEW (4) haben diese polypeptidartigen Charakter, enthalten 44,3% des Gesamt- N an Amid-N. Künstliche Darstellung aus Eiweiß gelang noch nicht. Die Einwirkung von Halogenen auf Eiweißstoffe ist von besonderem Interesse für das Studium der verschiedenen Gruppierungen im Eiweiß- molekül. Chlor und Brom wirken schon in der Kälte auf Eiweiß ein, Jod bei einer Temperatur von 40'^. Die Halogonsubstitution betrifft vor allem die Tyrosingruppen. Nachdem bereits Mulder (5) die Einwirkung von Chlor auf Eiweiß studiert hatte, haben in späterer Zeit Habermann und Ehren- feld, sowie Panzer (6) die Chlorierung von Casein und die Abbauprodukte des Chlorcaseins näher untersucht. Chlorcasein gibt nicht mehr die Reak- tion von Molisch, keine MiLLONsche Probe und keine Probe nach Adam- kiewicz. Tyrosin fehlt unter seinen Hydratationsprodukten. Ähnlich ver- hält sich das bromierte Eiweiß, welches O. Loew (7) dargestellt hat, und über dessen Eigenschaften Hopkins und Pincus (8) berichteten. Nach Vau- BEL (9) vermögen ungespaltene Eiweißstoffe im Maximum 6—7% Jod, lt—b% Brom, 2—3% Chlor oder 1% Fluor aufzunehmen. Bromjod fällt nach MoUNEYRAT (1 0) alle Eiweißstoffe, inklusive der Peptone als Bromjod- verbindungen, nicht aber die Aminosäuren. Am besten gekannt sind die jodierten Eiweißstoffe. Aus dem Tier- reiche sind natürliche jodhaltige Proteine schon lange bekannt, vor allem das von Baumann (11) entdeckte Thyreoglobulin der Schilddrüse, das Jodo- 1) Zd. H. Skraup u. Hoernes, Monatsli. Chem., 2y, 631 u. 653 (1906); 28, 447 (1907). Lampel, Ebenda, p. 625. Traxl, Ebenda, 2g, 59 (1908). Skraup, Biochem. Ztsch., ro, 245 (1908). Eevites, Ebenda, 20, 224 (1909). Ferner Treves u. Salomone, Ebenda, 7, 11 (1907). D. van Slyke, Ber. chem. Ges., 43, 3170 (1910); 44, 1684 (1911). Abderhalden, Handb. biochem. Arb.meth., 5, II, 995 u. 1011 (1912). — 2) Skraup u. R. Witt, Monatsh. Chem., 28, 605 (1907). — 3) J. Bondzynski, Ztsch. physiol. Chem., ^6, 83 (1905); für Blut: 58, 134 (1908). W. Ginsberg, Zentr. Physiol., 2r, 262(1907). — 4)P. Glagolew, Ztsch. physiol. Chem., 89, 432 (1914). Bestimmung: 0. Fürth, Biochem. Ztsch., 6g, 448(1915). Zusammen- stellung über oxvdative Abbauprodukte der Proteine bei Weil, Abderhaldens biochem. Handle.xilion, g, 36 (1915). — 5) Mulder, Journ. prakt. Chem., 20, 340 (1840). — 6) Habermann u. Ehrenfeld, Ztsch. physiol. Chem., 32, 467 (1901). Ehrenfeld, 34, 566 (1902). Panzer, 33, 131 u. 595 (1901); 34, 66 (1902). W. Vaubel, Chem.- Ztg., 23, 82 (1899). F. Blum u. Vaubel, Journ. prakt. Chem., 5Ö, 393; 57, 365 (1898). Hopkins, Ber. chem. .Ges., 30, 1860 (1897). J. H. Long u. M. Hüll, Journ. Amer. Chem. Soc, 37, 1593 (1915). — 7) 0. Loew, Journ. prakt. Chem., 31, 138 (1885). Chem.-Ztg., 21, 264 (1897). — 8) Hopkins u. Pincus, Ber. chem. Ges., jj, 1311 (1898). Siegfried u. Reppin, Ztsch. physiol. Chem., 95, 18 (1915). — 9) Vaubel, 1. c. u. Ztsch. analyt. Chem., 40, 470 (1901). — 10) Mouneyrat, Compt. rend., 136, 1470 (1903). — 11) Baumann, Ztsch. physiol. Chem., 21, 319, 481 (1896); 22, 1 (1896). Oswald, 27, 14 (1899); 32, 121 (1901). Hof meist. Beitr., 2, 545 (1902). Arch. exp. Pathol., 60, 116 (1908). § 4. Abbau des Eiweißmolekels; Eiweißhydrolyse und die Endprodukte derselben. 59 spongin aus dem Badeschwamm (1) und das Korallenkeratin Gorgonin nach Drechsel und Henze (2). Die Vermutung, daß sich in Meeresalgen gleich- falls jodhaltige Proteine finden, hat sich nicht bestätigt (3). Aus dem Gor- gonin erhält man als jodhaltiges Spaltungsprodukt die Jodgorgosäure, für die sich die Natur als 3,5-Jodtyrosin mit Sicherheit, auch durch die Synthese, ergeben hat (4). Das künstliche Jodeiweiß wurde durch Liebrecht, Hop- kins, Blum, Vaubel, Oswald und andere Forscher studiert und besonders durch Hofmeister und Kurajeff (5) zuerst in seinen Eigenschaften genau charakterisiert. Unter bestimmten Bedingungen läßt sich die Hydrolyse von Jodeiweiß so vornehmen, daß keine Abspaltung von Jod erfolgt, während die Hydrolyse bis zu den Aminosäuren fortschreitet. Es ließ sich feststellen, daß Jodeiweiß immer 3,5-Dijodtyrosin bei der Spaltung liefert. Daß auch die Tryptophangruppen jodiert seien, hat sich Pauly (6) zufolge nicht bestätigt. Hingegen hätte man daran zu denken, daß Jod in die Histidin- gruppen aufgenommen wird. Hofmeister fand, daß auf 1 Atom Schwefel 2 Atome Jod in das Protein eintreten. Jodeiweiß gibt nicht mehr die Reak- tionen nach MiLLON und nach Adamkiewicz und schwärzt nicht alkalisöhe Bleilösung. Nach Krzemecki (7) ist tryptische und peptische Verdauung von Jodeiweiß möglich, ebenso die Herstellung von jodierten Oxyprotsulfo- säuren. Manche Bacterien und Schimmelpilze verarbeiten auch das jodierte Eiweiß. Weyl (8) hat beim Eiweißabbau mit Jodwasserstoff besondere Produkte, Jodalbose, Apojodalbose, hergestellt. Sodann sind Benzoyl-Eiweißverbindungen durch Schrötter (9) aus Wittepepton, also Benzoylalbumosen, hergestellt worden, und Blum und Umbach gewannen aus Serumglobulin und Albumin feste, unlösliche und krystalhnische Benzoylprodukte (10). Shimada(II) berichtete über die Einführung von Phenylgruppen in Eiweiß, über Acetylierung Landsteiner und Pra§ek (12). Daß Eiweiß mit Formaldehyd unlösliche Verbindungen liefert, ist bekannt. Nach Lumiere (13) wird aber durch fortgesetzte Be- handlung von Formolgelatine mit heißem Wasser die Gelatine wieder löslich und Formaldehyd in Freiheit gesetzt. Auch durch Chinonzusatz wird Gela- tine unlöshch, doch braucht man hierzu relativ große^Mengen von Ghinon (14). 1) Harnack, Ztsch. physiol. Chem.. 24, 412 (1898). Hundeshagen, Ztsch. angew. Chem. (1895), p. 473. L. Scott, Bloche™. Ztsch., j, 367 (1906). Neuberg, Ebenda, 27, 261 (1910). — 2) Drechsel, Ztsch. Biolog., 33, 90 (1896). Henze, Ztsch. phvsiol. Chem., 38, 60 (1903). H. L. Wheeler u. G. S. Jamieson. Amer. Chora. Journ., jj, 365 (1905). — 3) Vgl. Eschle, Ztsch. physiol. Chem., 23, 30 (1897). Oswald, Ztsch. physiol. Chem., 75, 353 (1911). — 4) Jodgorgosäure: H. L. Wheeler, Amer. Chem. Journ., 38, 356 (1907). Wheeler u. Mendel, Journ. biol. Chem., 7, 1 (1909). P. Macquaire, Compt. rend., 154, 938(1912). M. Henze, Ztsch. physiol. Chem., 51, 64 (1907). A. Oswald, Ebenda, 59, 320 (1909); 70, 310 (1911); 71, 200 (1911); 74, 290 u. 75, 353 (1911). Abderhalden u. M. Guggen- heim, Ber. ehem. Ges., 41, 2852 (1908). — 5) F. Hofmeister, Ztsch. physiol. Chem., 24, 159 (1897). Kurajeff, Ebenda, 26, 462 (1899). Schmidt, 34, 55 (1901); 35, 386 (1902); 36, 343 (1902); 37, 350 (1903). Oswald, Hofmeist. Beitr., 3, 391, 514 (1903); Ztsch. physiol. Chem., 95, 351 (1915). — 6) H. Pauly, Ztsch. physiol. Chem., 76, 2Ö1 (1911); Ber. chem. Ges., 41, 3999 (1908). A. Nürnberg, Hofmeist. Beitr., 10, 125 (1907). A. Osw.vld, Ztsch. physiol. Chem., 6n, 289 (1909); 5S, 290 (1909). — 7) A. Krzemecki, Anzeig. Äkad. Krakau, Abt. A (1911), p. 470. Jodierte tryptische Peptone auch P. Macquaire, Compt. rend., 153, 1084 (1911). — Jod- bestimmung im Eiweiß: L. W. Riggs, Journ. Amer. Chem. Soc, 32, 692 (1910); 31, 710 (1909). — 8) Th. Weyl, Ztsch. physiol. Chem., 68, 236 (1910). — 9) Schrötter, Ber. chem. Ges., 22. 1950 (1889). — 10) F. Blum u. Umbach, Ztsch. physiol. Chem., 88, 285 (1913). — 11) M. Shimada, Chem. Zentr. (1897), I, 929. — 12) Landsteiner u. Prasek, Biochem. Ztsch., 74, 388 (1916). — 13) A. L. Lumiere u. A. Seyewetz, Bull. Soc. Chim. (3), 35, 872. — 14) Lumiere, Bull. Soc. Chim. (4), i, 428 (1907). 60 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. Die Methylierung von Eiweiß hat besonders Skraup (1 ) bei der Einwirkung von Jodmethyl auf Casein studiert. Hier fand keine tiefgehende Spaltung statt. Methylgelatine gab kein Tyrosin, dagegen Glutaminsäure und Leucin in der normalen Menge. Schwefelkohlenstoff- Additionsprodukte von Eiweiß werden in alkalischer Lösung erhalten (2). Nach Ssadikow (3) läßt sich boimThionylglutin durch die Erythrinreaktion die eingetretene Gruppe nach- weisen: getrocknetes Thionylglutin mit Monochloressigsäure erwärmt, filtriert und abgekühlt, gibt auf Zusatz von 3 Vol. Alkohol und Ammoniak einen Niederschlag, der sich erst rosa, dann braun färbt. Auf die Eiweiß- verbindungen mit Alkaloiden (4) und anderen Basen, sowie mit Pikrinsäure (5), sei hier nur kurz hingewiesen. Es gelang nicht Eiweiß-Arsenverbindungen darzustellen (6). Neuberg (7) konnte hingegen mit Phosphoroxychlorid Eiweißverbindungen erhalten, die als Derivate einer Phosphoraminsäure NH2-PO(OH)2 angesehen werden. Trypsin greift solches Eiweiß normal an und es wird inorganische PO4 dabei abgespalten. Bei der Elektrolyse von Eiweiß und Wittepepton in schwefelsaurer Lösung erhielt Atkinson (8) etwa die Hälfte des Gesamt-N als Ammoniak. Besonderes Interesse kommt der Destillation von Eiweiß unter vermindertem Druck zu. PiCTET (9) erhielt aus Ovalbumin als Hauptprodukte NH3, CO2, SH 2, Wasserdampf und Kohle. Nachgewiesen wurden ferner Dihydro- anilin, Isocapronamid, Indol, Acetamid, Propionamid. §5. Die eiweißartigen Spaltungsprodukte der Proteinsubstanzen: Proteosen und Peptone. Polypeptide oder komplexe Amino- säuren. Ansichten über die Konstitution der Eiweißkörper. Beim Studium der intermediären Produkte des stufenweise]! Abbaues der Eiweißkörper hat man die Säurehydrolyse wenig benutzt, weil sich der Zerfall in die Endprodukte zu bald einstellt. Nach Swirlowski (1 0) kann man selbst mit 5 % HCl durch längere Einwirkung bei 36 — 38° den Abbau bis zu den Monaminosäuren vollziehen. Zu vorliegendem Zwecke bietet die Anwendung der fermentativen Hydrolyse erhebliche Vorteile, weil manche Enzyme die Eiweißstoffe erst nach sehr langer Zeit bis zu Amino- säuren aufspalten, oder auch gar nicht so weit mit ihrer Wirkung gehen, so daß man große Mengen von eiweißartigen Zwischenprodukten erhält, neben denen aber auch schon einzelne zusammengesetz,te Aminoderivate auftreten. In vielen Teilen ist an der Hand unserer derzeitigen Kennt- nisse der Grundzug dieser Prozesse sichtbar, doch genügen die experimentell festgestellten Tatsachen noch nicht zum Entwurf eines abgerundeten Bildes des ganzen Vorganges. 1) Zd. H. Skraup u. E. Krause, Monatsh. Chem., 30, 447 (1909). Skraup u. Böttcher, Ebenda, 31, 1035 (1910). F. Rogozinski, Ztsch. physiol. Chem., 80. 371 (1912). Herzig u. Landsteiner, Biochem. Ztsch., 61, 458 (1914); J. H. Burn, Biochem. Journ., 8, 154 (1914); Geake u. Nierenstein, Ebenda, p. 287; Herzig u. Landsteiner, Monatsh. f. Chem., 39, 269 (1918); Sitz.ber. Wien. Ak., 127, IIb, 71 (1918). — 2) Z. Treves, Arch. di Fisiol., II, 6, p. 549 (1905). — 3) W. Ssadi- kow, Chem. Zentr., 1910, I, 1433. — 4) W. H. Eddy, Biochem. Bull., 2, 111 (1912). — 5) R. Labbe u. R. Maguin, Corapt. rend., 156, 1415 (1913). — 6) C. Bongiovanni, Gazz. chim. ita)., 43, 161 (1913). — 7) C. Neuberg u. H. PoLLAK, Biochem. Ztsch., 26, 529 (1910); 60, 491 (1914). — 8) J. P. Atkinson, Biochem. Bull., 3, 81 (1913), — 9) A. Pictet u. M. Gramer, Helv. chim. Act., 2, 188 (1919); vgl. auch Johnson u. Daschavsky, Journ. Amer. Chem. Soc, 41, 1147 (1919). — 10) E. J. Swirlowski, Diss. Dorpat 1906. § 5. Die eiweißartigen Spaltungsprodukte der Proteinsubstanzen usw. 61 Das Studium des stufenweisen Abbaues von Eiweiß (1) deckt sich bisher größtenteils mit dem Studium der „Verdauung" der natürlichen Proteine durch die enzymhaltigen Sekrete des Tierkörpers, unter denen der Magensaft und das Sekret der Pankreasdrüse den vornehmsten Rang einnehmen, sowie durch die proteolytisch wirkenden pflanzlichen Enzyme, wie Bacterienproteasen, Papayotin oder Nepenthesenzym. Bald nach der Auffindung des proteolytisch wirksamen Agens im Magensafte begann man sich der Untersuchung der aus dem Eiweiß durch die Pepsinwirkung entstehenden Produkte zuzuwenden. Lehmann (2) nannte 1853 die Ge- samtheit aller jener Produkte, welche wohl noch Eiweißreaktionen zeigen, aber bereits deutliche Verschiedenheiten vom natürUchen Eiweiß auf- weisen, besonders hinsichtlich der Gerinnungsfähigkeit, „Peptone". Kühne und dessen Mitarbeiter suchten hierauf unter den Verdauungs- produkten größere Stoffgruppen zu unterscheiden. Dies waren die nicht koagulabeln, aussalzbaren, noch ein geringes Diffusionsvermögen zeigenden Albumosen, und die von diesen durch den Mangel der Aussalzbarkeit, selbst durch Ammoniumsulfat, und ihre ziemlich bedeutende Diffusions- fähigkeit unterschiedenen, noch in starkem Alkohol löslichen Peptone im engeren Sinne. Für die letzteren nahm Kühne an, daß sie durch Pankreasenzym oder durch Säuren direkt in einfache Aminosäuren auf- gespalten werden. In neuerer Zeit haben die Untersuchungen über Albu- mosen aus der Schule von Hofmeister, die Arbeiten über komplexe Aminosäuren von Emil Fischer, sowie die gleichgerichteten Studien von Abderhalden so viele Veränderungen an dem älteren Schema nötig gemacht, daß Kühnes Auffassungen nicht mehr als die Basis für unsere Auffassung vom Gesamtverlaufe des Eiweißzerfalles dienen können, und wir brauchen daher nicht mehr ausführlich auf diese Vorstellungen zurückzukommen. Vielleicht werden, wie es die Erfahrungen über die Abspaltung von Tyrosih und Tryptophan nahegelegt haben, gewisse Amino- säuregruppen bereits in den ersten Stadien der Hydrolyse abgespalten, und es muß das Eiweißmolekül nicht streng stufenweise erst über Albu- mosen, Peptone, Polypeptide einfache Aminosäuren liefern. E. Fischer (3) hegte sogar Zweifel an der chemischen Einheitlichkeit des Ausgangs- materiales und hielt es für möglich, daß die nativcn Proteine Substanz- gemische sind, deren Zusammensetzung lange nicht so kompliziert ist, als man anzunehmen pflegt. Solche Vorstellungen müßten ein ganz anderes Bild von den Hydrolysen geben als es in älterer Zeit entworfen worden ist. Es ist bekannt, daß im ersten Beginne der Einwirkung von Pepsin- Salzsäure auf Eiweiß nach vorheriger Neutralisation der Säure ein Nieder- schlag erhalten wird. Säuren allein zeigen bei ihrer Einwirkung auf Eiweiß denselben Erfolg. Meissner (4) bezeichnete die fällbare Substanz als „Parapepton". Sie ist identisch mit dem durch Säureeinwirkung aus Muskeleiweiß dargestellten Syntonin. Heute nennt man diese Stoffe Acidalbumiue (5). Man hat in ihnen die Denaturierungsprodukte der ionisierten Säureeiweiß- Adsorptionsverbindungen zu erblicken, welche nicht mehr reversibel in das Ausgangs material überzuführen sind. Teil- 1) Vgl. Fr. Hofmeister, Ergebn. d. Physiol., i, I, 778 (1902). E. Zunz, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.raeth., j, 230 (1910). — 2) Lehmann, Lehrb. d. physiol. Chem., 2. Aufl., i, 318 (1863). — 3) E. Fischer. Sitz.ber. Berlin. Akad., 1907, p. 42. — 4) G. Meissner, Ztsch. rationell. Medizin (1859). Brücke, Sitz.ber. Wien. Akad., 37, 131 (1859). — 5) Der Einfluß der Dissoziation wird behandelt durch A. Mayer u. G. Schaeffer, Arch. di Fisiol., 7, 457 (1910). Benennung „Acidalbumin" stammt von Panum, Ann. Chim. et Phys. (3), 37, 237 (1853). 62 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. weise wird es sich jedoch bereits um Hydratationsprodukte handeln. Bei Einwirkung von Alkalien auf Eiweiß werden wir die analogen Vor- gänge zu erwarten haben. Nur werden die entstehenden Produkte hier noch rascher denaturiert als bei der Säureeinwirkung. Man bezeichnet die Alkalieinwirkungsprodukte als Alkalialbuminate. Die Bildung von Ammoniak beim Stehen der alkalischen Eiweißlösungen zeigt an, daß hier noch früher eingreifende Spaltungsprozesse hydrolytischer Art statt- finden als bei der Einwirkung von Säuren. Im Gegensatze zu den Acid- albuminen sind die Albuminate der Ätzalkalien in Wasser sehr leicht löshche Stoffe ; weniger löslich sind die Erdalkahalbuminate. Daß man die Fällungen der Eiweißstoffe mit Schwermetallsalzen nicht einfach als Eiweißsalze bezeichnen kann, ist schon oben dargelegt worden (1). Höher konzentrierte Ätzalkalien bilden mit Eiweiß steife Gallerten (2). Zum AcidalBumin gehört auch das „aschefreie Albumin" von Har- NACK (3), welches bereits ein geringeres Molekulargewicht haben dürfte als das native Eiweiß, wie überhaupt verschiedene Beobachtungen darauf hin- deuten, daß neben Acidalbumin andere Komplexe aus dem Eiweiß hervor- gehen. Nach ZuNZ (4) ist Acidalbuminbildung keine notwendige Vorstufe für die Albumosenbildung. Es findet sich auch nur ein relativ kleiner Teil des Gesamt-N als Acidalbumin vor, nie über 10%, während die im Beginne der Verdauung auftretende Albumosenmenge eine sehr bedeutende ist. OsBORNEs (5) Edestan war ein in Salzlösungen unlösliches Derivat des Edestins, welches durch sehr schwache Wasserstoffionenwirkung aus Edestin entsteht und nach Osborne in den Kreis jener Produkte gehört, die bei der Acidalbuminbildung entstehen. Näheres ist hierüber seither nicht bekannt geworden. Proteosen oder Albumosen im Sinne von Kühne und Chitt- enden(6) sind alle jene Verdauungsprodukte, welche mindestens noch durch Amraoniumsulfat aussalzbar sind und sich durch ihren Mangel an Koagulationsfähigkeit von dem genuinen Eiweiß unterscheiden. Kühnes ^Mitarbeiter Chittenden schlug vor, die aus den differenten Proteinen hervorgehenden Albumosen entsprechend dem Namen der Stammeiweiß- substanz als Globulosen, Vitellosen usw. zu bezeichnen, und als gemeine Benennung den Ausdruck Proteosen zu gebrauchen. Kühne war der An- sicht, daß die Albumosen erst über das Zwischenstadium des Acidalbumins aus Eiweiß hervorgehen. Wie erwähnt, ist es nicht mehr möghch diese Vorstellung festzuhalten (7). Kühne, Chittenden und Neumeister (8) nahmen weiter an, daß sich unter den Proteosen zwei Abbaustufen des Eiweiß unterscheiden lassen, von denen die erste, durch Natriumchlorid und Ammoniumsulfat fällbare Stufe als ,, primäre Proteosen" bezeichnet wurde. Kühne unter- schied hierin wieder zwei Fraktionen: 1. Die Protalbumose, welche durch 1) Schwermetalle: F. Ditthorn u. W. Schulz, Zisch. Immun.forsch. I, 14, 103 (1912). G. BoNAMARTiNi u. LoMBARDi, Ztsch. physiol. ehem., 5S, 165 (1908). — 2) Vgl. MicHAiLOW, Bcr. ehem. Ges., 19, Ref. p. 655. Chem. Zentr. (1888), II, 1621. — 3) Harnack, Ztsch. physiol. Chem., 5, 198. Ber. chem. Ges., 22, 3046 (1889); 23, 3745; 25, 204 (1892). Bülow, Pflüg. Arch., 5*, 207 (1894). Weric-o, Ebenda, 48, 127 (1891). — 4) Zunz, Hof meist. Beitr., 2, 436 (1902). Ztsch. physiol. Chem., 28, 132 (1899). — 5) Osborne, Ebenda, 33-. 225 (1901). — 6) Kühne u. Chittenden, Ztsch. Biolog., 20, 11 (1884). — 7) F. Goldschmidt, Diss. Straßburg (1898). 0. Maas, Ztsch. physiol. Chem., -30, 61 (1900V Zunz, Hofmeist. Beitr., 2, 435 (1902). Ztsch. physiol. Chem., 28, 132 (1899). — 8) Neumeister, Lehrb. physiol. Chem., 2. Aufl., p. 230. § 5. Die eiweißartigen Spaltungsprodukte der Proteinsubstanzen ubw. 63 festes NaCl im Überschuß fällbar ist, sich jedoch erst bei Essigsäurezusatz vollständig abscheidet und in kaltem und heißem Wasser löslich ist; 2. die Heteroalbumose, die in kaltem und heißem Wasser unlöshch ist, jedoch i» verdünntem und konzentriertem Salzwasser sich löst und hieraus durch Ausdialysieren gefällt wird. Im weiteren Verlaufe der Verdauung sollten beide Proteosen in die durch NaCl nicht mehr fällbaren, aber noch durch Sättigung mit Ammoniumsulfat aussalzbaren „Deutero- proteosen" übergehen, deren weitere Sonderung nicht mehr möglich war. Als Dysalbumose bezeichnete Kühne eine in Neutralsalzen unlösliche Modifikation, welche aus der Heteroalbumose beim Trocknen oder bei längerem Kontakt mit Wasser entsteht. Die Arbeiten von Hofmeister und Pick, Zunz, Stookey, Raper, RoGOziNSKi u. a. (1) zeigten, daß die Vorstellung von einem stufen weisen Auftreten aller xüeser Proteosen nicht zutrifft, sondern daß schon primär eine größere Zahl von Proteosen auftritt, die sekundär wieder eine größere Reihe proteosenartiger Produkte liefern, welche bei der Hydrolyse der verschiedenen Eiweißkörper in verschieden großer Menge und ungleicher Kombination auftreten. Bei der Trennung dieser Fraktionen wurden brauchbare Ergebnisse nur mittels oftmaliger Fraktionierung durch ver- schieden gesättigte Ammoniumsulfatlösung bei neutraler oder sehr schwach alkalischer Reaktion erzielt. Wichtig ist auch die Wahl des Ausgangs- materiales, und man hat z. B. nicht zu erwarten, daß aus Witte-Pepton oder anderen Handelspräparaten (2) von nicht konstanter und genau be- stimmbarer Zusammensetzung allgemein gültige Ergebnisse erzielt werden können. Proteosen und Peptone trennt man von den einfachen Amino- körpern am besten durch die von Schjerning angegebene kombinierte Natriumchlorid-Tanninfällung ab (3). Durch Tannin allein kann man die Proteosen bis auf Spuren aus ihrem Gemenge mit Peptonen ab- scheiden (4). Durch Halbsättigung mit Ammoniumsulfat trennte Pick aus der zumeist aus „Fibrinösen" bestehenden Lösung von Wittepepton die fäll- baren Hetero- und Protalbumose von den in der Lösung bleibenden Deutero- albumosen ab. Heteroalbumose und Protalbumose ließen sich durch Dialyse oder fraktionierte Alkoholfällung trennen. Hetero- und Protalbumose zeigen wohl eine ähnliche elementare Zu- sammensetzung, jedoch namhafte Differenzen hinsichtlich ihrer Reaktionen und Spaltungsprodukte. Die Heteroalbumose enthält nach Pick weit mehr, bis 39%, Diaminostickstoff, als die Protalbumose, wo sich nur 25% er- gaben (5), und lieferte bei der Hydrolyse sehr viel Leucin und Glykokoll, aber nur sehr wenig Tj^osin, und in der Kalischmelze Indol. Hingegen erhält man aus Protalbumose kein Glykokoll, wenig Leucin, aber sehr reich- 1) E. P. Pick, Ztsch. physio). Chem., 24, 246 (1897); 28, 219 (1899). Hof- meist. Beitr., 2, 481 (1902). E. Zunz, Ann. Soc. Roy. Sc. Med. Bruxelles, 13, 42 (1904). Bull. Ac. Roy. Belg. 1911, p. 653; Bull. Soc. Roy. Bruxelles, 64, 174 u. 187 (1906); Arch. Internat, de Physiol., 12, 395 (1913). F. Hofmeister, Arch. exp. Pathol., 1908, Suppl, p. 273. — 2) Herstellung von Rohalbumosen: Scheermesser, Pharm.-Ztg., 60, 487 (1915). — 3) Schjerning, Ztsch. analyt. Chem., 3g, 545 (1900). W. D. BiGELOw u. F. C. Cook, Journ. Amer. Chem. Soc, 28, 1485. — 4) P. Mey, Ztsch. physiol. Chem., 48, 81 (1906). Vgl. über Trennung auch M. Dennstedt u. F. Hassler, Ebenda, p. 489 (1906). Ultrafiltration bewährt sich nicht: E. Zunz, Bull. Ac. Roy. Belg. (1912), p. 656. Skeptische Auffassungen bzw. Proteosenindi- vidualität: 0. Fernandez, An. Soc. Espagn. Fis. Quim., 3, 438 (1905). Goldzahl und Oberflächenspannung der Proteosen: E. Zunz, Bull. Soc. Roy. Bruxelles, 64, 174 (1906). — 5) Vgl. auch Haslam, Ztsch. physiol. Chem., 32, 54 (1901). Fibrin- 0,6 g 5,8 g 1,6 g 0,8 g Valin 2,5 g Alanin 5,0 g 4,4 g 3,0 g 1,4 g 4,6 g 7,7 g 2,8 g 8,4 g 0,7 g 0,9 g 64 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. lieh Tyrosin, und in der Kalischmelze viel Indol und Scatol. Keine der beiden Proteosen ergab Glucosamin. Es lieferte: Fibrin- Heteroalbumose an Glutaminsäure . . 9,5 g Leucin 3,1 g Isoleucin .... 3,0 g Valin und Alanin 8,8 g Prolin 4,3 g Phenylalanin ... 2,5 g Asparaginsäure . . 4,7 g Glykokoll .... 0,2 g Tyrosin 3,5 g Arginin 6,4 g Histidin 1,8 g Lysin 4,8 g Gystin 4,1 g Ammoniak ... 1,7 g Andere Daten über die Hydratationsprodukte rühren von Levene, VAN Slyke und Birchard (1) her. Das Filtrat vom Niederschlage der Hetero- und Protalbumose ergab in dem Verfahren von Pick drei Fraktionen von Deuteroalbumosen: 1. Fällung mit 62%igem Ammoniumsulfat: Dieselbe zeigt eine sehr starke Schwefelbleireaktion. Mit Alkohol ließ sich eine fast 3% Schwefel enthaltende Albumose, die Thioalbumose von Pick, fällen, welche allem An- schein nach viele Cystinreste enthält. Sie gibt eine positive Biuretreaktion und MiLLONsche Probe, aber keine Reaktion nach Molisch. Eine andere schwefelarme Albumose bleibt nach Ausfällung der Thioalbumose in Lösung. 2. Fällung durch Ganzsättigung bei neutraler Reaktion: Die fraktio- nierte Alkoholfällung ergab hier fünf Fraktionen. Von besonderem Inter- esse ist darunter die in 60— 70%igem Alkohol unlösliche ,,Glucoalbumose". Sie gibt sehr starke Reaktion nach Molisch und ist N-ärmer als die meisten anderen Fraktionen. Die Biuretprobe sowie die MiLLONsche Probe fallen positiv aus. Man nimmt an, daß in dieser Albumose die Kohlenhydrat- gruppen des Eiweiß abgespalten werden, da alle anderen Fraktionen die a-Naphtholprobe nicht geben. 3. Fällung durch Ganzsättigung nach vorsichtigem Ansäuern mit salz- gesättigter Schwefelsäure. Hier ist eine alkohollöshche Albumose zugegen, die eine sehr starke Xanthoproteinreaktion zeigt, jedoch keine MiLLONsche und keine Schwefelbleireaktion gibt. ZuNZ hat ein anderes Trennungsverfahren ausgearbeitet, bei welchem Zinksulfat als Fällungsmittel dient (2). Haslam (3), der mit Recht darauf aufmerksam macht, wie leicht sich die Löslichkeitsverhältnisse der einzelnen 1) P. A. Levene, .lourn. biol. Chem., i, 45 (1906); Levene, D. van Slyke a. Birchard, Ebenda, 8, 269 (1910); lo, 67 (1911); Fr. Birchard, Diss. Leipzig (1909). Allgemeine Zusammensetzung des Hydrolysengemisches von Wittepepton: Levene u. van Slyke, Biochem. Ztsch., 13, 440 (1908). Proteosen von Leim (Gelatosen): Zd. H. Skraup u. Hummelberger, Monatsh. Chem., 29, 451 (1908). — 2) Zu dieser Methode auch A. Börner, Ztsch. analyt. Chem., 34, 562 (1895). — 3) H. C. Haslam, Journ. of Physiol., j6, 164 (1907); 32, 267 (1905). § 5. Die eiweißartigen Spaltungsprodukte der Proteingubstanzen ubw. 65 Proteosen und Peptone mit der Änderung in der Mischung derselben ver- schieden gestalten können, und wie Mitreißen von adsorbierten Stoffen die Konstanz der Zusammensetzung der Fraktionen schwer beeinträchtigen kann, legt großes Gewicht darauf, das Fraktionieren so lange fortzusetzen, bis der Stickstoffgehalt genügende Konstanz zeigt. Es sind mithin noch erhebliche methodische Fortschritte zu machen, ehe man wird annehmen können, daß die isoherten Proteosen ausreichend charakterisiert sind. Man hat Fraktionen, wie die beschriebenen, bei der Hydrolyse der verschiedensten Eiweißstoffe erhalten. Doch ist vielleicht die Menge bei den einzelnen Proteinen ungleich. Wenigstens hat Alexander (1) gefunden, daß man aus Kuhmilchcasein nur sehr wenig Heteroproteose er- hält, die vielleicht sogar nur durch Beimengungen geliefert wird. Nach Pick sollen Beziehungen der Protalbumosen zu den alkohollöslichen Samenprote- iden möglich sein, worüber jedoch bestimmte Anhaltspunkte fehlen. Daß auch bei der Säurehydrolyse von Proteinen Stoffe auftreten, die als Proteosen zu bezeichnen sind, haben verschiedene Studien, darunter die Ai'beiten von Skraup (2) gezeigt. Vielleicht liegen dieselben Verhält- nisse vor, wie bei der peptischen Eiweißspaltung. Die stufenweise Alkalihydrolyse von Eiweiß hat jedoch manche Be- sonderheiten hinsichtlich der Proteosenbildung ergeben. Durch die ungleich stärkere Schwefelabspaltung und Ammoniakbildung erhält die Alkali- hydrolyse einen eigentümlichen Charakter, so daß man Bedenken getragen hat, hier von einer reinen Hydrolyse zu sprechen (3). Maas beschrieb eine eigenartige in Alkohol lösliche, aber in Wasser unlösliche Albumose der Alkalihydrolyse, die er Alkalialbumose nannte. Ihre Stellung zu den anderen Albumosen ist noch nicht geklärt. Ebenso kann man sich noch nicht definitiv über die zuletzt von Skraup (4) näher untersuchten Pro- dukte der Eiweiß-Alkahspaltung äußern, die durch Paal als Lysalbinsäure und Protalbinsäure beschrieben worden sind. Jedenfalls sind auch diese Stoffe Gemenge verschiedener Proteosen und Peptone. Die bei der Hydrolyse von Eiweiß mit überhitztem Wasserdampf auf- tretenden proteosenartigen Produkte hat Neumeister (5) als „Atmid- albumosen" beschrieben. Er nahm an, daß die bei der Eiweiß-Papayotin- spaltung auftretenden Produkte ganz ähnlicher Natur seien. Die von KÜHNE (6) aus Tuberkelbacillen angegebene „Akroalbumose" ist in neuerer Zeit nicht wieder kritisch untersucht worden. Die meisten Reaktionen der Proteosen finden sich bei Neumeister (7) genau zusammengestellt. Die typischen Eiweißreaktionen gehngen mit den Proteosen sämtlich. Jedoch werden sie durch die Fällungsmittel nicht quantitativ niedergeschlagen. Die Niederschläge, wie jener mit Ferrocyan- kalium-Essigsäure, lösen sich beim Erhitzen der Probe auf, um beim Er- 1) F. Alexander, Ztsch. physiol. Chem., 25, 411 (1898). — 2) Zd. H. Skraup u. A. Wöber, Monatsh. Chem., 30, 289 (1909). Skraup u. E. Krause, Ebenda, 31, 143 u. 149 (1910). — 3) Vgl. Schmiedeberg, Arch. exp. Pathol., 39, ö7. Denn- STEDT, Chem. -Ztg., 25. 814 (1901); 0. Maas, Ztsch. physiol. Chem., 30, 61 (1900). Paal Ber. chem. Ges., 35, 2192 (1902). Alkaliprotcosen aus Hörn: Langecker, Ztsch, physiol. Chem., 108, 230 (1919). — 4) Zd. Skraup u. Hummelberger, Monatsh. Chem. 30, 125 (1909). Lampel u. Skraup, Ebenda, p. 363. N. Gupta, Ebenda, p. 767 (1910). — 5) Neumeister, Ztsch. Biol., 26, 57 (1890); j6, 420 (1898). Salkowski, Ebenda, 34- 190 (1896); 37, 404 (1899); Gabriel, Landw. Jahrb., 37. 335 (1889). Denayer, Chem. Zentr. (1891), I, 509. — 6) Kühne, Ztsch. Biolog., 30. 221 (1894). Folin, Ztsch. physiol. Chem., 25, 152 (1898). — 7) Neumeister, Ztsch. Biolog., 26, 324 (1890). Fernverbindungen der Proteosen: F. KöHMANN u. SiPMAMmE, Biochem. Ztsch. 42, '250 (1912). Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 5 QQ Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflaiizl. Proteinstoffe. kalten wiederzukehren. Besonders die Deuteroalbumosen zeigen die Fällungs- reaktionen stark vermindert. Nach Spiegel (1) sollen die Proteosen bei Behandlung mit Formaldehyd koagulierbare Produkte liefern. Von neueren Reaktionen sei auf die Reaktion von Chodat (2) mit Kresol-Tyrosinase hingewiesen, welche bei den Proteosen andere, mehr violette Farbentöne liefert als bei genuinem Eiweiß Das Molekulargewicht ist bei den Proteosen jedenfalls bedeutend ge- ringer anzunehmen als bei den nativen Eiweißstoffen. Sabanejeff (3) hat hierüber Daten mitgeteilt. Erwähnt sei, daß es an Angaben über ki'ystallisierende Proteosen nicht fehlt (4). Solche Albumosen sind jedoch von pflanzlichen Produkten noch nicht bekannt geworden. Der heute noch mehr als der Proteosenbegriff schwankende Begriff „Pepton" wurde von Kühne auf jene Ei weiß Verdauungsprodukte ein- geschränkt, welche nach völliger Sättigung des Verdauungsgemisches mit Ammoniumsulfat in Lösung bleiben und mindestens die Biuretreaktion, eventuell auch noch andere Eiweißreaktionen geben. Die von Kühne und Chittenden (5) als Peptone sensu strictiori zusammengefaßten Verdauungsprodukte umfassen nur einen kleinen Teil der vordem, z. B. von Maly (6), als , Pepton" bezeichneten Stoffe. Kühnes Peptone werden durch Pepsin-HCl nicht mehr angegriffen, werden nur durch Tannin und Jodquecksilberkalium vollständig, nahezu vollständig auch durch Phosphorwolfrara- und Phosphormolybdänsäure gefällt. Andere Alkaloid- reagentieu erzeugen nui Trübungen. Peptone und Peptide verlieren nach Kober (7) beim Kochen ihrer Kupferverbindungen das Kupfer nicht, während die Aminosäuren dasselbe als Cu(0H)2 abspalten. Kossel(8) fand den C- Gehalt der Peptone etwas geringer als den der Proteosen, und das Molekulargewicht wurde relativ klein, von Bernardi (9) mit 1853, von Ciamician (1 0) zwischen 300—500 angegeben. Doch dachten schon Kühne selbst und Pekelha ring (11) nicht daian, daß diese End- fraktion der Pepsinverdauung eine einheitliche Substanz repräsentiert. Kühne unterschied einmal einen Peptonkomplex, welcher aus den Deuteroalbumosen vorübergehend gebildet wird und rasch weiter in Amino- säuren zerfällt: das „Hemipepton", und einen zweiten Peptonkomplex, das „Antipepton", das. nur schwierig aufgespalten wird. Beide Komplexe leiten sich von dem ,,Amphopepton" ab, das mit dem bei Pepsinverdauung ent- stehenden Endprodukte identisch sein sollte. Da Kühne und Chitten- den (12) bei der tryptischen Verdauung von Heteroalbumosc besonders viel Antipepton fanden, so kamen sie zu der Auffassung, daß die „Antigruppen" und die „Hemigruppen" bereits in der Struktur der Proteosen und des Ei- weiß eine Rolle spielen. Es ist aber gezeigt worden (13), daß bei der tryptischen. 1) E. Spiegel, Verh. Naturf. Ges. 1904, II, i, p. 113. — 2) R. Chodat, Arch. Sei. Phys. Genöve (4), 33, 350 (1912). — 3) A. Sabanejeff, €hem. Zentr. (1893), II, 212. — 4) Grutterinck u. C. J. Weevers de Graaf, Ztsch. physiol. ehem., 34, 393 (1901); 46, 472 (1905). (kryst. Harnalbumose). — 5) Kühne u. Chittenden, Ztsch. Biolog., 22, 423 (1887); 29, 1 (1893). Zusammenfassung: M. Siegfried, Über partielle Eiweißhydrolyse. Die Biochemie in Einzeldarstel- lungen, III. Berlin 1916; A. Weil, Abderhaldens biochem. Handlexikon, 9, 33 (1915). — 6) Maly, Journ. prakt. Chem. (1875), p. 97. — 7) Ph. a. Kober, Journ. Biol. ehem., 10, 9 (1911). — 8) Kossel, Ztsch. physiol. Chem., 3, 68 (1879). — 9) A. Bernardi u. Fabris, Biochem. Ztsch., 68, 436 u. 441 (1916). — 10) G. Cia- mician u. Zanetti, Chem. Zentr. (1892), II, 47. — 11) Pekelharing, Zentr, Physiol., 7, 43 (1893). — 12) Kühneu. Chittenden, Ztsch. Biolog., 19, 159 (1884). — 13)MoROCHOWETZ, Petersburger med. Woch.schr. (1886), p. 135, Kutscher, End- produkt der Trypsinverdauung (1899). Rotarski, Ztsch, physiol. Chem., 38, 552 (1903). § 5. Die eiweißartigeu Spaltungsprodukte der Proteinsubstanzen usw. 67 Verdauung schließlich alle Biuretkörper verschwinden und daß das „Anti- albumid" und „Antipepton" Kühnes sekundäre Produkte bzw. Gemenge verschiedener Hydratationsprodukte darstellen. In der Folge haben einerseits die Arbeiten von Siegfried (1), anderer- seits die zahlreichen Untersuchungen von Hofmeister und dessen Schülern (2) gezeigt, daß die Mannigfaltigkeit der bei den Peptonen er- zielbaren Fraktionen ebenso groß ist, wie bei den Proteosen. Während die Proteosen so wie das genuine Eiweiß typisch amphoteren Charakter haben, zeigten die Erfahrungen bei den Peptonen, daß diese, trotzdem sie ebenfalls als Ampholyte aufzufassen sind, einen merklich stärker entwickelten Säure- charakter haben (3). Damit hängt es zusammen, daß man bei der fraktio- nierten Fällung sich hier mit Vorteil der Schwermetalle bedient, Kupfer- sulfat, Eisenammoniakalaun oder Uranylacetat bei möglichst neutraler Reaktion. Wenn mit diesen Mitteln keine Fällung mehr zu erreichen ist. so vermag man nach Raper mit Kaliumquecksilberjodid weitere, vielleicht mehr basische Fraktionen zu gewinnen. So ließen sich 5 Peptonfraktionen scheiden, von denen die eine sich durch ihren Gehalt an Histidin und Arginin, die andere durch ihren Lysin- gehalt auszeichnete, doch scheinen alle diese Fraktionen noch einen kompli- zierten, aus einer größeren Zahl von Aminosäuren aufgebauten Kern zu haben, und es ist unsicher, inwieweit dies wirklich reine Stoffe gewesen sind. Nach Siegfried erhält man bei der tryptischen Verdauung keine von Pepsinpeptonen qualitativ verschiedenen Stoffe, wenngleich die schwierig zu fassenden tryptischen Peptone erst wenig bekannt sind (4). Das Äqui- valentgewicht der von Siegfried untersuchten Pepsinpeptone aus Leim und Fibrin, sowie von Fibrin-Trypsinpeptonen war höchstens 515, so daß die Zusammensetzung kaum von jener der höheren Polypeptide abweichen kann. Das Molekulargewicht in Phenol stellte sich 2— 4fach so groß (5). Aus Pepsinglutinpepton wurden gewonnen Arginin, Lysin, Glutaminsäure, Glykokoll, Leucin, Prolin (6). Die von Siegfried (7) aufgestellte Gruppe der Kyrine umfaßt Ver- dauungsprodukte, welche noch die Biuretreaktion geben, sich von den Pep- 1) Siegfried, Ber. ehem. Ges., 33, 2851, 3564 (1900). Ztsch. physiol. Chem., 35- 164 (1902). Verhandl. Naturf. Ges. 1902, II, 1, p. 51; 1905, II, 2, p. 396. P. Mühle, Chera. Zentr. (1901), I, 1205. F. Müller, Ztsch. physiol. Chem., 38, 266 (1903). — 2) Fr. Hofmeister, Arch. exp. Pathol. (1908), Suppl.bd. Schmiede- berg-Festschrift, p. 273. F. Rogozinski, Hof meist. Beitr., 11, 229 (1908). L. B. Stookey. Ebenda, 7, 590 (1905). H. S. Raper, Ebenda, 9, 168 (1907). — Fränkel u. Langstein, Monatsh. Chem., 22, 335 (1901). Langstein, Biochem. Zentr., 2, Nr. 4 (1903). Legurainpeptone: D. Prianischnikow, Landw. Vers.stat., 60, 27 (1904). — 3) Siegfried, 1. c. 1905. Ztsch. physiol. Chem., 45, 252 (1905). Ambard u. C. Foa, So.c. bioL, 58, 7 (1905). W. Neumann, Ztsch. physiol. Chem., 45, 216 (1905). — 4) Isolierung von Peptonen vgl. M. Siegfried, Abderhaldens Handb. d. biochem. Arb.meth.. 2, 533 (1910). Biochem. Handlexikon, 4, 198 (1911). E.' Zunz, Handb. d. biochem. Arb.meth., j, 230 (1910). Aus Wittepepton: A. Ber- nardi, Biochem. Ztsch., 60, 56 (1914). Caseinpeptone: Skraup u. Krause, Monatsh. Chem., 31, 143 (1910). M. Siegfried, Pflüg. Arch., 136, 185 (1910). C. Funk u. Mc Leod, Biochem. Journ., 8, 107 (1914). Kupferverbindungen: P. A. Kober u. K. Sugiura, Journ. Biol. Chem., 13, 1 (1912). Reaktionen: E. Zunz, Arch. intern, de Physiol., 12, 395 (1913). Einwirkung von HJO3: C. Casanova u. L. Carcano. BoU. Cliim. Farm., 51, 289 (1912). Zur Trennung auch E. Salkowski, Biochem. Ztsch., 32, 350 (1911). Trennung durch die verschiedene Löslichkeit in Methyl- u. Äthylalkohol: Vlahuta, Chem. Zentr. 1915, I, p. 1388. Drehungs vermögen, Ad- sorption: M. Rakusin u. Brando, Journ. russ. phys.chem. Ges., 47, 1057 (1916). — 5) Siegfried, 1. c. 1905. L. Lematte u. A. SAvfes, Compt. rend., 148, 653 (1909). Bull. Sei. Pharm., 17, 328 (1910). — 6) Siegfried, Ztsch. physiol. Chem.. 90, 271 (1914). — 7) Siegfried, Sachs. Ges. d. Wiss. Leipzig, 2. März 1903; 1904, 5* 68 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. tonen aber durch eine einfachere Zusammensetzung und ihre deutlich basische Natur unterscheiden lassen. Das Glutokyrin aus Leim läßt sich in Form seines Phosphorwolframates krystallisiert erhalten und enthält 2/^ seines N als Arginin und Lysin. Auch die aus Casein, Fibrin, Edestin und Globin ge- wonnenen Kyrine zeigen ein ähnliches Überwiegen des Diamino-N, wes- wegen Siegfried annimmt, daß die Hexonbasengruppen im Eiweiß eben- falls in einen dem Kyrin entsprechenden Komplex vereinigt seien. Die von Skraup(I) gegen die einheitliche Natur der Kyrine erhobenen Bedenken hat Siegfried zurückgewiesen. Levene (2) meint, die Kyrinfraktion des Caseins enthalte bloß einfache Peptide, die in ihrem Molekül nur eine ein- zige basische Substanz führen. Erwähnt sei noch die Angabe von Spiegel (3), woniuh Pepton durch Stehen in der Kälte mit Formaldehyd, albumosen- artige Kondensationsprodukte liefert. Hofmeister hatte die im weiteren Verlaufe der Eiweißhydrolyse zu erwartenden Produkte, welche kleineren Aminosäurenkomplexen ent- sprechen und sich von Peptonen durch den Mangel der Biuretprobe unter- scheiden, vorläufig als ,,Peptoide" zusammengefaßt. Um eine Richt- schnur für fernere Untersuchungen zu erhalten, suchte sieh Hofmeister (4) bestimmte Vorstellungen über die Bindungsart der Aminosäuren im Eiweiß zu bilden und kam zu der Überzeugung, daß der Gruppierung — CO — NH — C^ eine große Bedeutung zukommen müsse. Daß im Ei- weiß nicht hauptsächlich freie NHg- Gruppen zugegen sein können, folgt nämlich daraus, daß bei Behandlung mit HNO 2 nitrosaminartige Stoffe auftreten, nicht aber viel Ng entwickelt wird, dies spricht für die Prä- existenz von Imidgruppen. Sodann ist die Rotfärbung mit Cu-Salzen in alkalischer Lösung, die wir als „Biuretreaktion" bezeichnen (5), nach Schiff (6) für alle Stoffe charakteristisch, welche, wie das Biuret: NHj — CO— ]SH— CO— NHg, mindestens zwei CONHa-Gruppen an einem C-oder N-Atom oder direkt miteinander vereinigt haben, oder durch eine bis mehrere CONHa-Gruppen in offener Kette vereinigt sind, wie Oxamid, Malondiamid, Glycylglycinäthylester und andere Polypeptide. Auch Schiffs ,,Polyaspartsäuren", Kondensationsprodukte des Asparagins, geben nach Grimaux (7) die Biuretreaktion. Hofmeister kam so zur Ansicht, p. 117; Ztsch. physiol. Chem., 43, 44 (1904); 48, 64 (1906); 50, 163(1906); 97 233 (1916). Handb. d. biochera. Arb.meth., 2, 542 (1910). Biochem. Handlex., 4. 198 (1911). Ztsch. physiol. Chem., 84, 288 (1913). P. A. Levene u. F. J. Birchard, Journ. Biol. Chem., 13, 277 (1912). 1) Zd. Skraup u. Zwerger, Monatsh. Chem., 26, 1403 (1905); 27, 663(1906). — 2) Levene u. J. van der Scheer, Journ. Biol. Chem., 22, 425 (1915). — 3) L. Spiegel, Ber. chem. Ges., 38, 2696 (1905). — 4) Fr. Hofmeister, Naturwiss. Rdsch. (1902), p. 529. Verhandl. Naturf. Ges. Carlsbad 1902, II, 33. — 5) Die Biuretreaktion zuerst bei Eiweiß beobachtet von F. Rose, Pogg. Ann., 28, 132 (1833). Wiedemann, Ebenda, 74, 67 (1849) sah das gleiche Verhalten bei dem von ihm entdeckten Biuret. Vgl. auch Lassaigne, Compt. rend., 14, 529 (1842). Nickelsalze geben die Reaktion mit orangefarbenem Ton. — 6) H. Schiff, Ber. chem. Ges., 29, 298 (1896). Lieb. Ann., 299, 236 (1897); 319, 287 (1901). Brücke, Sitz.ber. Wien. Ak., 8y, III, 141 (1885) nahm an, daß sein ,,Alkophyr" die Biuretreaktion des Eiweiß bedinge. Gnezda, Chem. Zentr. (1891), I, 1030 führte die Biuretreaktion auf CN-haltge Radikale zurück. — 7) Schiff, Ber. chem. Ges., 30, 2449 (1897). Lieb. Ann., 303, 183 (1898); 307, 231 (1899). Gazz. chim. ital., jo, I, 8 (1900). E. Grimaux, Bull. Soc. Chim., 42, 545 (1885); 38, 64 (1882). Über kolloide synthet. Produkte aus Aminosäuren auch J. W. Pickering, Compt. rend., 120, 1348 (1895). Zentr. Physiol., 9, 599 (1895); Proc. Roy. Soc, 60, 337 (1896). Compt. rend., 125, 963 :i897). Über Liiienfelds „künstl. Pepton" M. Klimmer, Pflüg. Arch., 77, 210. Journ. prakt. Chem., 60, 280 (1899). § 5. Die eiweißartigen Spaltungsprodukte der Proteinsubstanzen usw. 69 daß die Aminosäurekerne im Eiweiß in analoger Weise miteinander ver- einigt sind, wie man es durch das Schema z. B. der Verbindung von Leucin und Glutaminsäure: -CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-NH- C4H9 CH2 COOK ausdrücken kann. Für die praktische Hersteilung solcher Verbindungen war die Idee von E. Fischer (1) bahnbrechend, von den cyklischen Kondensations- produkten auszugehen, deren Typus das Leucinimid und das Glycin- anhydrid von Curtius sind, und die sich in der Tat durch Hydratation unter Aufspaltung des „Diacipiperazinringes" in jene komplexe Amino- säuren überführen lassen, welche Fischer allgemein als Peptide be- zeichnete: Glycinanhydrid: NH • CHg • CO CO . CH2 • NH + H2O = NH2-CH2-CO-NH-CH2- — COOK Glycylglycin. Die hier entstehende Substanz wurde als Glycylglycin bezeichnet. Es gelang alsbald auch vier Glycylreste miteinander zu verkuppeln und zu zeigen, daß theoretisch einer beliebigen Verlängerung der Kette nichts im AVege steht. Es liegt somit im Bereiche der MögHchkeit „Polypep- tide", wie nun diese Stoffe genannt wurden, zu erzeugen, welche an Mole- kulargröße und Mannigfaltigkeit der darin vorhandenen Aminosäure- gruppen jeden Vergleich mit echten Eiweißstoffen aufnehmen können. Eine erwünschte Bestätigung dieser Ansichten erwuchs aus der Entdeckung Fischers, daß bei der Hydrolyse von Seidenfibroin ein Dipeptid auf- gefunden wurde, welches offenbar ein Alanylglycin der obigen Konsti- tution war (2). Es hätte hier keinen Zweck, ausführhch auf die mehr als 100 ver- schiedenen Polypeptide einzugehen, die E. Fischer (3) und dessen Mit- arbeiter, vor allem Abderhalden (4), im Laufe der Zeit dargestellt haben. 1) E Fischer u. E. Fourneau, Ber. ehem. Ges., 34, 2868 (1901) E. Fischer, Ebenda. 36, 2094 (190.3). Chem.-Ztg.. 1902, Nr. 80. — 2) Fischer u. Bergell, Ber. ehem. Ges., 36, 2592 (1903). — 3) Die bis 1906 erschienenen Arbeiten E. Fischers sind vereinigt in „Untersuchungen über Aminosäuren, Polypeptide und Proteine", Berlin 1906. Fernere Zusammenfassungen: E. Fischer, Ber. ehem. Ges., 39, o30 (1906); Sitz.ber. Berlin. Ak. 1907, p. 36; E. Abderhalden, Med. Klinik 1905, Nr. 46; F. Samuely, Biol. Zentr., 26, 370 (1906); K. Baske, Biochem. Handlex., 4, 211 u. 363 (1911); Abderhalden, Die Naturwiss. (1913), i, 1181. Methoden der Synthese: Abderhalden, Handb. biochem. Arb.meth., 2, 546 (1910). Spezialarbeiten: E. Fischer, Lieb. Ann., 340, 354, 337, 362, 363, 365, 36g, 375 (1905—1910); ferner Ber. ehem. Ges., 38, 2375, 2914, 4173 (1906; 39, 453, 1276, 2893 (1906); 40, 943, 1754, 2048, 3704 (1907); 41, 850, 2860 (1908); 42, 1485, 4752 (1909). G. Zemplen, Abderhaldens biochem. Handlex., 9, 37 (1915). — 4) E. Abder- halden, Med. Klin. 1906, Nr. 40. Ber. ehem. Ges., 40, 2737 (1907); 41, 1237, 2840, 2857 (1908); 42, 2331, 3394, 3411 (1909); 43, 907, 2151, 2429, 2435 (1910). Ztsch. physiol. ehem., 54, 331 (1908); 64, 436 (1910); 72, 24 u. 44; 74, 394 u. 505; 75, 19 (1911); 77, 471; 81, 1; 82, 160 (1912); 86, 454 (1913); Ber. ehem. Ges., 49, 2449 (1916); H. Fischer, Ber. ehem. Ges., 42, 4320 (1909); 43, 1963 (1910). Ferner: L. Hugounenq u. Morel, Compt. rend., 142, 48 (1905); 148, 236 (1909). Benzoyl- peptid von Asparagin: T. Sasaki, Hofmeist. Beitr., 10, 120 (1907); Polypeptid- phosphorsäure aus Casein: A. Reh, Ebenda, 11, 1 (1907). Hopwood u. Weizmann, Journ. Chem. Soc., 99, 671 u. 1677 (1911). Proc. Roy. Soc, A, 88, 465 (1913); Synthese durch Glycerineinwirkung auf Aminosäuren: L. C. Maillard, Compt. rend., 70 Zwerunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl, Proteinstoffe. Fast sämtliche bisher aus Eiweiß bekannt gewordenen Aminosäuren sind in mannigfachen Derivaten zu Polypeptiden verarbeitet worden, und mit enormem Aufwand von Mitteln und Scharfsinn gelang es, bis zu 19 Amino- säurekerne miteinander zu kuppeln. Schon das Leucyldekaglycylglycin ist eine schwer lösliche Substanz vom Molekulargewicht 758,8, in der Lösung stark schäumend und daraus gallertig fällbar; das a-Octadecapeptid: 1-Leucyltriglycylleucyltriglycylleucyloctoglycylglycin hat ein Molekular- gewicht von 1213, ein von Abderhalden (1) gewonnenes Peptid mit 19 Bausteinen das Molekulargewicht 1326, so daß man erwarten darf, bald mitten im Bereiche jener Polypeptide zu stehen, die bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften völlig den Proteinen entsprechen. Die Zahl der theoretisch möglichen Isomeren beträgt für ein Peptid von 18 Kernen schon 816, und würde für ein Protein von 30—40 Kernen und 4000 Mol. Gew. mehr als 4000 Quadrillionen betragen. In der Natur wird dies dadurch sehr eingeschränkt, daß nur Peptide einer optischen Form vorkommen (2). Schwierigkeiten bereitet die Beschaffung der verschiedenen optisch-aktiven Aminosäurekomponenten (3), welche direkt oder auf Umwegen mit Hilfe der WALDENschen Umkehrung über die Bromfettsäuren überwunden wurden. Oder man entfernte die nicht gewünschte Komponente racemischer Amino- säuren mittels Verarbeitung durch Hefe. Im allgemeinen vollzieht sich die Vereinigung zweier Aminosäuren glatt in der Weise, daß man die eine derselben in alkalischer Lösung mit dem Chlorid des Bromderivates der anderen Säure kuppelt, worauf mit Ammoniak das Bromprodukt in das Dipeptid übergeführt wird. Abderhalden hat, worauf noch im folgenden Paragraph zurückzukommen sein wird, auch die Wirkung von Enzymen auf die Polypeptide verfolgt und hierbei besonders die Spaltung des Glycyl- I-Tyrosins als leicht verfolgbare Reaktion studiert. An Stelle dieses synthe- tischen Dipeptides ließ sich ein tyrosinreiches peptonartiges Produkt der Seidenhydrolyse, „Seidenpepton", gut verwenden. Trypsin, sowie Bacterien- protease nach Sasaki (4) spalten Glycyl-l-Tyrosin glatt auf. Tyrosinase greift auch die synthetischen Peptide des Tyrosins an. Die Reaktion von Chodat mit Kresol-T^jTOsinase wurde gleichfalls zum Nachweise von Pep- tiden verwendet (5). Besondere Aufmerksamkeit haben wir hier jenen Befunden zu schenken, die sich auf den Nachweis verschiedener Polypeptide im Hydrolysengemisch 153, 1078 (1911). See. Biol. 7-r, 546 (1911). Ann. Chim. et Phys., (9), i, 519; 2, 210 (1914); 3, 48; 4, 225 (1915). Einführung von Guanidin: A. Clementi, Gazz. chim. ital., 45, II, 276 (1915). Hydantoine: Johnson, Journ. Amer. Chem. Soc, 38, 1087 (1916); Chem. News, 113, 127 (1916). Synthese mit Cyanamid: Clementi, Arch. di Farm., 22, 274 (1916); mit Naphthalin statt Glycerin: Balbivno, Accad. Line (5), 23, I, 893 (1914); Verhalten der Polypeptide zu Neutralsalzen: P. Pfeiffer u J V. Modelski, Ztsch. physiol. Chem., 81, 329 (1912); 85, 1 (1913). Kuppelung an Kohlenhydrate: H. Friedenthal, Biochem. Ztsch.. 54, 174 (1913). Polyglycm- ester- Th. Curtius, Ber. chem. Ges., 39, 1379 (1906). Kombination mit Aldehyd ( Peptale"): C. Harries u. Petersen, Ebenda, 43, 634 (1910). Oxydation von Giycylglycin: L. Pollak, Hof meist. Beitr., 7, 16 (1905). A. Kraemer. Ber. ehem. Ges., 79, 4385 (1906). Glvcincarbonsäure: H. Leuchs, Ebenda, p. 857. Glutamin- säurehaltige Polypeptide: H. Thierfelder, Ztsch. physiol. Chem., 105, 58 (1919); Cystinpeptido: Abderhalden, Ebenda, to6, 296 (1919); Pyrrolidonylpeptide: Ebenda, 107, 1 (1919). Methyldipeptide: Kossel, Ebenda. 107, 45 (1919). 1) E. Abderhalden u. Fodor, Ber. chem. Ges., 49, 561 (1916). — 2) Em. Fischer, Ztsch. physiol. Chem., 99, 54 (1917); Sitz.ber. Preuß. Akad., 1916, p 990 — 3) Künstlicher Aufbau v. opt.-akt. Aminoverbindungen: E. VlahuTa, Pharm Zentr. Halle, 57, 1,03 (1916). — 4) T. Sasaki, Biochem. Ztsch., ^/, 176 (1912). Vgl. auch A. Clementi, Atti Acc. Line. (5), 24, 972 (1915). — 5) Chodat u. Kummer, Biochenj. Ztsch., 65, 392 (1914). § 5. Die eiweißartigen Spaltungsprodukte der Proteineubstanzen usw. 71 von natürlichen Eiweißkörpern beziehen (1). Um solche aufzufinden, ist natürlich das Kochen des Materials mit Säure zu vermeiden, und man läßt die Eiweißlösung mit starker HCl oder H2SO4 bei gewöhnlicher Temperatur einige Tage stehen. Die Fällung mit Phosphorwolframsäure nach Beseiti- gung der angewendeten HCl oder H2SO4 bietet den Vorteil, daß man die komplizierteren Verbindungen hierdurch von den im Filtrat verbleibenden abtrennt (2). Nach Zerlegung des Phosphorwolframniederschlages wendet man in der oben angegebenen Weise die Estermethode an, wobei die Poly- peptidester im Destillationsrückstande verbleiben. Es gelang die Konsti- tutionsbestimmung der isolierten Peptide dadurch in hervorragender Weise zu ergänzen, daß man das Produkt in seine jö- Naphthalinsulf 0 Verbindung überführte. Bei der Behandlung mit Säure bleibt diese Bindung erhalten und man kann nun feststellen, welcher Art die. endständige Gruppe des Poly- peptides ist. Besonders lohnend gestaltete sich bisher die Untersuchung der Seidenhydrolyse (3), aus der drei Dipeptide, Glycinderivate von d-Alanin, l-Tyrosin und 1-Leucin, hiervon das Alanylglycin in großer Menge, ferner ein Tripeptid, d-Alanylglycyl-1-Tyrosin, erhalten wurden, aber auch ein bereits albumosenartiges Tetrapeptid, das aus Glykokoll, Alanin und Tyrosin besteht und mit Ammoniumsulfat auszusalzen war. Elastin lieferte Alanyl- leucin, GlycyUalin und Alanylprolin (4) neben Leucylglycin. Aus Casein stellte Skraup (5) ein Leucylvalinanhydrid dar; Abderhalden und Funk (6) gewannen daraus außer dem ersten noch Phenylalänyl-d-Alanin- anhydrid; Darin (7) Isoleucylvalinanhydrid. Von der tryptischen Ver- dauung der Gelatine gaben Levenb und Beatty (8) Glycylprolin als Inter- mediärprodukt an, während aus Ovalbumin von denselben Autoren aus dem tryptischen Verdauungsgemisch Glycyllysin isoliert wurde. Aus dem Dünn- darmchymus endlich konnte Abderhalden (9) ein Glycylphenylalanin isolieren. Weit spärlicher ist die Kenntnis von Polypeptiden aus pflanzlichen Eiweißkörpern. Hier ist bisher nur bei der Hydrolyse des Gliadins durch Fischer (10) 1-Leucyl-d-Glutaminsäure aufgefunden worden und Abder- halden gelang es, bei der Hydrolyse des Edestins aus Baumwolisamen ein Tripeptid zu erhalten, welches aus Glykokoll, Leucin und Tyrosin be- stand (11). Diese Befunde machen es umso wahrscheinlicher, daß in den Eiweiß- stoffen die Formation von Imidoketosäuren in dem oben ausgeführten Sinne eine große Rolle spielt (12). Wenn auch damit einer der allerwichtigsten l*unkte der Eiweißkonstitution geklärt zu sein scheint, so dürfen wir, wie 1) Methoden: Abderhalden, Handb. biochem. Arb.meth., 2, 529 (1910). — 2) Vgl. auch W. PiTTOM, Biochem. Journ., 5, 167 (1914). — 3) E. Fischer u. Abderhalden, Berlin. Akad. 1907, p. 574; Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., 62, 315 (1909); 63, 401 (1909); 65, 417 (1910). Abderhalden u. A. Suwa, Ebenda, 66, 13 (1910); 72, 1 (1911). Fischer u. Abderhalden, Ber. chem. Ges., 39, 752 (1906); ebenda, 2315; 40, 3544 (1907). — 4) E. Fischer u. Abderhalden, Berlin. Akad. 1907, p. 574; Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., 62, 315 (1909). Fischer u. Abderhalden, Ber. chem. Ges., 39, 2315 (1906); 40, 3544 (1907). —5) Zd. Skraup, Monatsh. Chem., 2g, 791 (1908). — 6) E. Abderhalden u. C. Funk, Ztsch. physiol. Chem., 53, 19 (1907). — 7) H. D, Dakin, Biochem. Journ., J2, 290 (1918). — 8) P. A. Levene u. Beatty, Journ. exp. Med., 8, 461 (1906); Ber. chem. Ges., 39, 2060 (1906). Levene, Ebenda, 43, 3168 (1910). Biochem. Ztsch., 4, 299 (1907). — 9) E. Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., 81, 315 (1912). — 10) E. Fischer u. E. Abderhalden, Ber. chem. Ges., 40, 3644 (1907). Vgl. auch Th. B. Osborne u, S. H. Clapp, Amer. Journ. Physiol., 18, 123 (1908). — 11) E. Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., 58, 373 (1909). — 12) Vgl. auch P. W. Latham, Proc. Cam- bridge Phil. Soc, 14, 537 (1908). Biochem. Journ., 3, 207 (1909). Vielleicht waren ScHÜTZENB ERGERS Leuceine und Glucoproteine damit im Zusammenhang. Vgl. ferner Skraup, österr. Chem. -Ztg., 11, 91 (1908). Mtnatsh. Chem., 29, 791 (1908). 72 Z weiunddreißigstes Kapitel: Die phjsik. u. ehem. Eigensch. pflanzl, Proteinstoffe. schon Fischer mit Recht selbst hervorhob, nicht annehmen, daß damit alle Verkettungsformen im Eiweiß erschöpft seien. Es dürfte vielmehr darin eine ungeahnte Mannigfaltigkeit herrschen, und möglicherweise sind gerade darin wichtige Differenzen der natürlichen Proteine zu suchen. Bei der natürlichen Peptidsynthese dürften aus den Aminosäuren Aminoaldehyde gebildet werden, aus denen in verdünnter wässeriger Lösung die sogenannten ScHiFFSchen Basen entstehen, die durch Oxydation Peptide liefern können. Jedoch hatten in dieser Richtung von Pauly (1) angestellte Versuche keinen völlig befriedigenden Erfolg. Daß im Eiweiß auch die Bindung von inneren Anhydriden CO-0 vorkommt, glaubt Bardach (2) daraus schließen zu dürfen, daß Eiweißlösungen wie andere Stoffe solcher Konstitution mit alkoholischer Jodoformlösung charakteristische nadeiförmige Krystalli- sationen liefern. Wie im weiteren nach Kossels Ausdrucksweise (3) „im großen Molekül der Eiweißstoffe kleinere Verbände existieren, die in sich ein festeres Gefüge besitzen und die deshalb bei jeder hydrolytischen Zersetzung der Eiweißkörper als Spaltungsprodukte auftreten", entzieht sich noch unserer Vorstellung. Auch Fischer hält dafür, daß Kossel zu weit geht, wenn er für die Hexonbasen annimmt, daß sie den eigentlichen kompakten Kern der Eiweißstoffe darstellen. Besitzt auch das Eiweißmolekül eine gewisse feste Anordnung seiner Gruppen, so ist es deswegen noch nicht ausgeschlossen, daß bei unterschiedlichen Hydrolysen Differenzen bezüg- lich der Spaltungsprodukte in qualitativer und quantitativer Richtung vorkommen können (4). Wenn bei der tryptischen Verdauung eine Zu- nahme des Brechungsvermögens im Reaktionsge mische auftritt, die bei der peptischen Verdauung fehlt, so müssen damit noch nicht, wie Ober- mayer und Pick (5) annehmen, konstitutive Veränderungen bei dem ersteren Vorgange unterlaufen, da auch sekundäre Umsetzungen dafür verantwortlich gemacht werden können. Ältere Theorien der Eiweißchemie, wie besonders jene von Kruken- berg (6) und von 0. Loew (7), welche es in Abrede stellten, daß die Amino- säurerestc im Eiweiß präformiert seien und annahmen, daß deren Neu- entstehung einen Teilakt des Eiweißabbaues bilde, sind wohl kaum mehr so aktuell als daß sie einer neuerUchen Widerlegung bedürften. Auch die Theorie von Schützenberger (8), wonach die Eiweißstoffe kompli- zierte Oxamid- und Harnstoffderivate sind, hat nicht einmal mehr ein historisches Interesse. Die von Buchner und Curtius (9) einst ver- tretenen Anschauungen dürfen gleichfalls übergangen werden. Erwähnt sei noch, daß Einwirkung von Trypsin sowohl das Präci- pitin als die Präcipitin bindende Gruppierung der Eiweißstoffe zerstört (1 0). 1) H. Pauly, Ztsch. physiol. Chem., gg, 161 (1917). Abderhalden, Ebenda, io6, 309 (1919). Aufspaltung" des Diketopiperazinriüges duich elektrolytische Re- duktion zu a -Aminoaldehyden : Heimrod, Ber, chem Ges. 47, 338 (1914). — 2) Br. Bardach, Chem.-Ztg., 35, 934 (1911). — 3) W. Kossel, Deutsch. Med. Woch.schr. (1898), Nr. 7. Noch viel mehr Zurückhaltung ist geboten gegenüber den Ausführungen von Herzfeld u. Klinker, Biochera. Ztsch., 90, 204 (1919) über die Struktur und Artspezifität von Eiweißkörpern. — 4) Vgl. H. Steudel, Ztsch. physiol. Chem., 35. 540 (1902). — 5) J. Obermayer u. Pick, Hof meist. Beitr., 7, 331 (1906). — 6) Krukenberg, Zentr. Physiol. (1889), p. 689. — 7) 0. Loew, Pflüg. Arch., ,?i, 393 (1883). Journ. prakt. Chem., 31, 129 (1885). Chem.-Ztg., 20, 1000 (1896); 29, 604 (1905). Hofmeist. Beitr., z, 567 (1902). — 8) P. Schützenberger, Corapt. rend., 106, 1407 (1888); 112, 198 (1891); 115, 764 (1892). — 9) E. Buchner u. Curtius, Ber. chem. Ges., 29, 850. — 10) Oppen- heimer, Hofmeist. Beitr., 4, 259 (1903). § 6. Allgemeine Gesichtspunkte hinsichtlich der Eiweiß spaltenden Enzyme. 73 §6- Allgemeine Gesichtspunkte hinsichtlich der Eiweiß spaltenden Enzyme. Außer der Würdigung der einzelnen bei Pflanzen vorgefundenen Eiweiß spaltenden Enzyme in chemischer und physiologischer Hinsicht, welche den verschiedenen Kapiteln der Organphysiologie vorbehalten bleibt, sind gemeinsame Gesichtspunkte bezüglich pflanzUcher und tierischer Protein spaltender Enzyme so reichlich vorhanden, daß eine allgemeine Behandlung derselben am Platze ist. Das erstbekannte und in seiner Wirkung auf Pflanzenproteine viel studierte Ferment war das Pepsin der Magenschleimhaut der Säuge- tiere, welches 1836 durch Schwann (1) als katalytisches Agens erkannt worden ist. Magenpepsin verwandelt die Eiweißstoffe sehr schnell in Proteosen und Peptone. Herzog und Margolis (2) fanden einen großen Teil von Ovalbumin sofort unkoagulabel. Nach Tobler(3) werden überwiegend (80%) Peptone gebildet, den Rest bilden Albumosen. Durch Tannin lassen sich die Proteosen bis auf Spuren abtrennen (4). Es ist wiederholt behauptet worden, daß bei protrahierter peptischer Verdau- ung nachweisbare Mengen von Leucin und Tyrosin abgespalten werden (5), doch konnten Abderhalden und Rona (6) bei Verwendung reinen Magen- saftes höchstens Spuren von Tyrosin nachweisen. Nicht zu vergessen ist, daß unter Umständen Enzyme aus dem Darm in den Magen übertreten können (7). Das Eiweiß spaltende Enzym der Bauchspeicheldrüse, von KtJHNE(8) als Trypsin bezeichnet, wurde durch Claude Bernard entdeckt (9). Dasselbe spaltet sofort aus Eiweiß reichüch Aminosäuren ab, von denen besonders die unlösüchen, Tyrosin und Leucin, leicht zur Kennzeichnung tryptischer Prozesse zu verwenden sind. Nach Abder- halden (10) w^ird Tyrosin sofort, Glutaminsäure allmählich abgespalten, so daß man die fortlaufende Tyrosinbestimmung zur Kontrolle der Enzym- wirkung benutzen kann (11). Die violette Reaktion mit Chlorwasser, die Tryptophanprobe, ist ebenfalls mit Vorteil zur Diagnose tryptischer AVirkungen zu benutzen. Im Gegensatze zum Pepsin wirkt Trypsin am 1) Th. Schwann, Pogg. Ann., 38, 358 (1836). Eberle, Physiol. d. Verdauung 1834, hatte bereits künstliche Verdauungsversuche angestellt, Spallanzani die eiweiß- lösende Wirkung des Magensaftes überhaupt zuerst festgestellt. Payen, Compt. rend., 27, 654 (1843) wollte das Magenenzvm „Gasterase" nennen. Pepsindarstellung: Vogel, Journ. prakt. Chem., 28, 28 (1843). Die freie HCl im Magensaft entdeckte bereits W. Prout, Ann. Chim. et Phys. (2), 27, 36 (1824). Über Pepsin K. Glaessner, Biochem. Zentr., 2, Nr. 6 (1904). — 2) R. 0. Herzog u. M. Margolis, Ztsch. physiol. Chem., 60, 298 (1909). — 3) L. Tobler, Ebenda, 45, 185 (1905). — 4) P. Mey, Ebenda, 48, 81 (1906). Wirkung von Magenpepsin auf Pflanzeneiweiß vgl. A. Stutzer u. Merres, Biochem. Ztsch., 9, 127, 244 (1908). — 5) Vgl. Law- Row, Ztsch. physiol. Chem., 26, 513 (1898); 33, 312 (1901); 40, 165 (1903). Lang- stein, Hof meist. Beitr., j, 607 (1902). Biochem. Ztsch., 5, 410 (1907). — 6) E. Abderhalden u. P. Rona, Ztsch. physiol. Chem., 47, 359 (1906). Abder- halden, Kautzsch u. London, Ebenda, 48, 649 (1906). Abderha.lden, London u. VoEGTLiN, Ebenda, 5?, 334 (1907). — 7) Abderhalden u. Fl. Medigreceanu, Ebenda, 57, 317 (1908). G. Dorner, Deutsch. Arch. klin. Med., 117, 640 (1916). Vgl. auch BouRQUELOT u. Herissey, Journ. Pharm, et Chim. (7), 17, 164 (1903). Salkowski, Ztsch. physiol. Chem., 35, 545 (1902). — 8) Kühne, Verhandl. nat.med. Verein Heidelberg (1874), p. 194. — 9) Claude Bernard, Le^ons d. phys. exp. (1865), p. 334. Trennung der Pankreasfermente durch fraktionierte Fällung mit Ammoniumsulfat: E. S. London, C. r. Soc. Biol., 79, 758. — 10) E. Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., 46, 159 (1905); 5J,' 119 u. 315 (1907). — 11) S. J. M. Auld u. MosscROP, Journ. Chem. Soc, 103, 281 (1913). Über die Wirkung auf Dijod- tvrosin: A. Oswald, Ztsch. physiol. Chem. 62, 432 (1909). 74 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstofl'e. besten in schwach alkalischem Medium. Auch für das Studium des Tryp- sins war es von höchster Wichtigkeit, ganz reines Drüsensekret ohne Bei- mischung von Darmsaft zu erhalten, wie es jetzt durch die von Pawlow ausgebildete Technik der Anlegung von sicheren Fistelgängen bei den Versuchstieren möglich ist. Es ist an der einheithchen Natur des Pankreas- trypsins in neuerer Zeit gezweifelt worden, doch glaube ich, mit Un- recht (1). Greifen diese beiden tierischen Proteasen, soweit bekannt, alle genuinen Eiweißstoffe an, so gibt es weitere Enzyme, die. wie zuerst CoHNHEiM (2) zeigte, genuines Eiweiß unverändert lassen, wogegen sie lebhaft die Endprodukte der Pepsinverdauung, die Proteosen und Pep- tone hydrolysieren. Hierher gehört das Erepsin des Dünndarmsekretes. Man kennt nunmehr solche Enzyme nicht nur von Darm, sondern von den verschiedensten tierischen und pflanzhchen Geweben (3). Die Diffe- renz bezüglich der angreifbaren Materialien zwischen Pepsin und Trypsin einerseits und Erepsin andererseits ist so bedeutungsvoll, daß Abder- halden mit Recht daraufhin eine Gruppenteilung der Eiweißenzyme vor- genommen hat und proteolytische und peptolytische Enzyme unterscheidet. Es hat sich herausgestellt, daß die erepsinartigen Enzyme auch auf Polypeptide spaltend einwirken. Man kontrolliert dies am besten nach dem Vorgange von Abderhalden (4) durch Anwendung optisch- aktiver Polypeptide und Verfolgung der Reaktion durch den Polarisations- apparat, oder man wendet Glycyl-1-Tyrosin bzw. Seidenpepton (5) an, welche rasch große Tyrosinmengen als Niederschlag absetzen, sobald sie ange- griffen werden. Wie Fischer und Abderhalden näher zeigen, werden nicht alle Polypeptide durch die peptolytischen Enzyme angegriffen, sondern es hängt die Angreifbarkeit ebenso sehr von der Art wie von der Konfiguration und Zahl der Aminosäuren ab. Von Wichtigkeit ist die durch Abderhalden und Koelker festgestellte Tatsache, daß man bei passender Wahl von Tripeptiden durch den Sinn des Umschlages und die Intensität der Drehung bestimmen kann, an welcher Stelle das Peptid zuerst angegriffen wird (6). Nach dieser Klärung der Fragen auf tierphysiologischem Gebiete war es in neuester Zeit eher möglich, einen Überblick über die pflanzlichen Proteasen zu erhalten, die früher nur unzureichend durch die Wirkungs- intensität in saurer und alkalischer Lösung sowie durch die Bildung von Aminosäuren charakterisiert werden konnten. Am längsten war das proteolytische Enzym aus dem Milchsafte der Carica Papaya bekannt, das Papayin oder Papayotin, welches schon durch Vauquelin (7) unter- 1) Lit. L. PoLLAK, Hofmeist. Beitr., 6, 95 (1904). Arch. Verdau.krankh., ii, 362 (19 05). Ehrenreich, Ebenda, ii, 3 (1905). K. Mays, Ztsch. physiol. Chem., 49, 12 4, 188 (1906). Fr. Marras, Arch. farm. sper., j6, 299 (1914); Zentr. Bakt., I, 75 , 193 (1914). — 2) 0. Cohnheim, Ztsch. physiol. Chem. 33, 451 (1901); 35, 134 (1902); 36, 13. Salaskin, Ebenda, J5, 419. Biochem. Zentr. (1903), Ref. Nr. 112. Kutscher a. Seemann, Ztsch. physiol. Chem., 35, 432. Embden u. Knoop, Hofmeistt Beitr., j, 120 (1902). Cohnheim, Biochem. Zentr. (1903), p. 169. H. M. Vernon, Journ. of Physiol., 32, 33 u. 33, 81 (1905). Cohnheim, Ztsch. physiol. Chem., 47. 286 (1906); 49, 64 (1906); 52, 526 (1907). K. Glässner u. A. Stauber, Biochem. Ztscb-, 2S, 204 (1910). U. Lombroso, Aich. di Fisiol., 10, 318 u. 462 (1912). E. Raubi- tschek, Ztsch. exp. Pathol., 4 (1907). — 3) Clementi, Atti Acc. Line. (5), ^5. I, 183 (1916); Arch. di farm., 21, 151, 462 (1916); Atti Acc. Torino, 23, 187 (1916). — 4) E. Fischer u. E. Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., 46, 52 (1905). Abder- halden u. A. H. Koelker, Ebenda, 51, 294 (1907). — 5) Seidenpepton: E. Abder- halden u. Schittenhelm, Ebenda, 59, 230 (1909). — 6) E. Abderhalden u. Koelker, Ebenda, 54, 363; 55, 416 (1908). — 7) Vauquelin, Ann. de Chim.. 43, 267 (1802). § 6. Allgemeine Gesichtspunkte hinsichtlich der Eiweiß spaltenden Enzyme. 75 sucht worden ist. Das Enzym selbst wurde 18J9 durch Wittmack, sodann durch WuRTZ und Bouchut(1) dargestellt, und in seiner Wirkung näher charakterisiert. Auch bei der Papainverdauung erhält man reichlich die für die Trypsinwirkung charakteristischen Endprodukte (2). Älinlich verhält sich das gleichfalls schon lange bekannte Bromelin, welches in neuerer Zeit Caldwell (3) untersuchte. Man lernte hierauf weit verbreitet in Milchsäften ähnUche Enzyme kennen, so bei Ficus, Arto- carpus, worüber A. Hansen (4) genauere Untersuchungen anstellte. Dazu kommen die merkwürdigen enzymatischen Eiweißverdauungs- vorgänge der insectivoren Pflanzen, sowie die sehr häufige Befähigung von Bacterien und Pilzen, Eiweiß und Gelatine zu verflüssigen und in Aminosäuren überzuführen. Nachdem die meisten dieser Enzyme in saurer Lösung besser arbeiten als in alkalischer, so wie das Pepsin, anderer- seits aber weit verbreitet Aminosäuren als Endprodukte auftreten, so schien es nicht möglich die Parallelisierung mit Pepsin und Trypöin durch- zuführen. Ein Fortschritt wurde, nach der Entdeckung des Darmerepsins auf tierphysiologischem Gebiete, durch die Arbeiten von Vines (5) er- zielt, der ereptisch wirkende Enzyme weit verbreitet im Pflanzenreiche nachwies und annahm, daß oft proteolytische Wirkung durch eine Kom- bination eines pepsinartigen und eines erepsinartigen Enzyms hervor* gerufen werde. In der Tat lassen sich so die beobachteten Erscheinungen gut erklären. Dazu kommt noch, daß Abderhalden für Nepenthes und Drosera nachweisen konnte, daß Glycyl-1-Tyrosin durch die Enzyme dieser tierfangenden Pflanzen nicht angegriffen wird, weswegen man unbedingt hier ein Enzym nach Art des Magenpepsins anzunehmen hat (6). Steht hier die Abwesenheit t)eptolytischer Enzyme fest, so ist es in anderen Fällen nicht leicht, die Entscheidung zu fällen, ob es sich um ein proteo- Ijrtisches Enzym nach dem Trypsintypus oder um ein Gemisch pepsin- artiger und peptolytischer Enzyme handelt. Ein weiterer, sehr bemerkenswerter uiid vielfach strittiger Enzym- typus ist das wohlbekannte Labenzym oder Chymosin des Säugetier- magens, welches das Milchcasein unter Ausscheidung eines unlöslichen Koagulates verändert (7). Hammarsten hat 1872 zuerst die Wirkung des 1) Wittmack, Botan. Ztg. (1878), p. 539; (1880), p. 143, 175 236; Naturf.- Versamml., Baden-Baden (1880), p. 221. A. Wurtz u. E. Bouchut, Compt. rend., go, 1379; 91, 787 (1880). Bouchut, Ebenda, p. 67, 617. Wurtz, Ebenda, 93, 1104 (1882). Peckolt, Justs Jahresb. (1879), I, 392. S. H. Martin, Ber. ehem. Ges., 18, 576. Arata, Just (1892), II, 374. Osswald, Münch. med. Woch.schr. (1894), p. -84; Umney, Just (1897), II, 38. Wargunin, Ebenda (1881)f I, 53. Pickart, Zentr. Physiol. (1900), p. 351. E. Zunz, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.jneth., 3, 215 (1910). R. V. Stenitzer. Biochem. Ztsch., 9. 382 (1908). Adams, Journ. Ind. Eng. Chfem., 6, 669 (1914). D. S. Pratt, Philippine Journ. Sei., 10, A 1 (1915). Heyl, Caryl u. Staley, Amer. Journ. Pharm., 86, 542 (1914). Identität der Enzyme von Ficus carica u. Carica Papaya: Deleano, Bull. Acad. Roman., 4, 345 (1916). — 2) Vgl. Kutscher u. Lohmann, Ztsch. physiol. Chcm., 46, 383 (1905); D. Jonescu, Biochem. Ztsch., 2, 177 (1906); Deleano, Ann. sei. Univ. Jassy, 3, 252 (1914); ebenda, 9, 351 (1915); Bul. de Chim., 17, 183. — 3) J. S. Caldwell, Botan. Gaz., .79, 407 (1905). — 4) A. Hansen, Arbeit. Botan. Inst. WürzDurg, ,5, 266 (1885). Ärtocarpus: Peckolt, Just (1892), II, 411; Cucumis utilissima: Green, Ann. of Bot. (1892), p. 195. L. Buscalioni u. Cl. Permi, Annuario Ist. Bot. Roma, VII (1898). — 5) S. H. Vines, Ann. of Bot., j5, 289 (1904). Linnean Soc. London General Meeting. Dez. 1904. Ann. of Bot., ig, 171 (1905); 19, 149 u. 171 (1905); 20, 113 (1906); 22, 103 (1908); 23, 1 (1909); 24, 213 (1910). — 6) Abder- HALDTEN H.- Teruuchi, Ztsch. physioi. ehem., 4g, 21 (1906). Abderhalden n. C. Brahm, Ebenda, 57, 312 (1908); Dernby, Biochem. Ztsch., 78, 197 (1916). — 7) Vgl. die Monographie von Fuld, Ergebn. d. Physiol., t, I, 472 (1902). R. Raud- nitz, Monatsschr. f. Kinderheilk., 4, 559 (1906). Weiomann in Lafars Handb. d. techn. Mykol., 2, 138 (1906). 76 Zweiunddreißigates Kapitel: Die pliysik. u. ehem. Eigensch. pfianzl. Protein Stoffe. Chymosins gegenüber der Milchgerinnung in der Milchsäuregärung scharf charakterisiert und reine Labenzympräparate hergestellt. Das Enzym spaltet das Casein (Caseinogen), das in der Form einer löshchen neutralen Kalkverbindung in der Milch vorkommt, wobei das Casein in ein anderes Nucleoalbumin, das Paracasein, übergeht, dessen unlöshche Kalkverbin- dung bei der Labung der Milch ausfällt. Das Paracasein enthält wohl noch den größten Teil des Caseinmoleküls, doch ist der Vorgang unzweifel- haft als eine partielle Hydrolyse aufzufassen. Ohne Gegenwart von Kalk- salzen wird das Paracasein nicht ausgefällt. Oxaiatzusatz macht die Milch ungerinnbar (1 ). Übrigens ist die Rolle des Labenzyms als eiweißspaltendes Agens und seine Stellung gegenüber den Präcipitinen noch nicht klar- gelegt (2), Neuere Arbeiten von Petry, Spiro und anderen Forschern (3) haben die schon von Hammarsten geäußerte Ansicht bestätigt, daß es sich um Abspaltung von albumosenartigen Stoffen (,, Molkeneiweiß" von Hammarsten) handeln dürfte, die man.alsCaseosen bezeichnete. Die Lab- enzyme der verschiedenen Haustiere sind different und genau auf das artspezifische Casein eingestellt (4), Sie wirken auf keinen anderen Eiweiß- stoff. Aus käuflichen Pepsinpräparaten von der Schweine-Magenschleim- haut hat Bang (5) ein vom gewöhnhchen Kälberlab verschiedenes Enzym, das Parachymofein, isohert. Eine lebhafte Diskussion knüpfte sich an die zuerst von Pawlow (6) vertretene Ansicht, daß die Lab Wirkung und die proteolytische Wirkung nur Teilwirkungen eines und desselben Enzyms seien. In der Tat gehen die Wirkungen von Pepsin und Lab einander im Magensafte auffallend und nach verschiedenen Richtungen parallel (7). Doch geben wieder die Versuche von Schmiedt-Nielsen und jene von Hammarsten (8) schwerwiegende Argumente zugunsten der Auffassung ab daß es sich um zwei verschiedene Enzyme handelt, da man die labende Wirkung der Lösung durch Erwärmen über 40" ungleich stärker vermin- dern kann als die Pepsin Wirkung; umgekehrt bleibt die Chymosinwirkung nach fraktionierter Fällung mit Bleiacetat oder mit Magnesiumcarbonat 1) Vgl. Leary u. Sheib, Journ. Biol. Chem., 28, 393 (1917); J. Schmiedt- Nielsen, Festschr. f. Hammarsten, Wiesbaden 1906. — 2) Vgl. Fuld, 1. c. Kor- SCHUN, Ztsch. physiol. Chem., 37, 366 (1902). — 3) Eu. Petrt, Wien. klin. Woch.schr., ig, 143 (1906); Hof meist. Bei tr., 5, 339(1906); E. Laqueur, Ebenda, 7, 273 (1905); Zentr. Physiol., 19, 316 (1905). H. Reichel u. K. Spiro, Hofmeist. Beitr., 7, 485 (1905); 8, 15 u. 365 (1906). M. van Herwerden, Ztsch. physiol. Chem., 52, 184 (1907). T. Kikoji, Ebenda. 61, 139 (1909). A. W. Bosworth, Journ. Biol. Chem., 15, 231 (1913). Labferment im Pankreassaft: J. Wohlgemute, Biochem. Ztsch., 2, 350 (1906) Proteolyt. Natur d. Labwirkung: E. Fuld, Internat. Beitr. z. Pathol. u. Ther. d. Ernähr.stör.: 5, 104 (1913); B. Slowtzoff, C. r. Sog. Biol., 75, 537 (1913); Abspaltung von N, P, Ca: A. Harden u. Macallum, Biochem. Journ., 8, 90 (1914); Bosworth, Journ. Biol. Chem., 19, 397 (1914). — 4) Vgl. K. Kiesel, Pflüg. Arch., 108, 343 (1905). — 5) Bang, Ebenda, 79, 425 (1900). — 6) J. P. Pawlow u. S. W. Parastschuk, Ztsch. physiol. Chem., 42, 415 (1904); ferner W. Sawjalow, Ebenda, 46, 307 (1905); Slowtzoff, Hofmeist. Beitr., 9, 149 (1907). J. W. Gewin, Ztsch. physiol. Chem., 54, 32 (1907). W. Sawitsch, Verh. Ges. russ. Ärzte Petersburgs, 78, 191 (1911); Ztsch. physiol. Chem., 55, 84 (1908); 68, 12 (1910). W. VAN Dam, Ebenda, 64. 316 (1910); 86, 11 (1913). — 7) Vgl. R. 0. Herzog, Ebenda, 60, 306 (1909). Migay u. Sawitsch, Ebenda, 63, 405 (1909). C. Funk u. A. Niemann, Ebenda, 68, 263 (1910). W. van Dam, Zentr. Bakt., II, 44, 89 (1915); C. Pekelharing, Pflüg. Arch., 167, 254 (1917); Graber, Journ. Ind. Eng. Chem., 9, 1125 (1917). — 8) S. Schmiedt-Nielsen, Ztsch. physiol. Chem., 48, 92 (1906). 0. Hammarsten, Ebenda, 56, 18 (1908); 68, 119 (1910); 74, 142 (1911). M. Jacobt, Ztsch. Biochem., i, 53 (1906). J. C. Hemmeter, Berlin, klin. Woch.schr., 42, 14 (1905^; A. E. Taylor, Journ. Biol. Chem., 5, 399 (1909). A. E. Porter, Journ. of Physiol., 42, 389 (1911). van Hasselt, Ztsch. physiol. Chem., 70, 171 (1910). A. Rakoczy. Ebenda, 73, 453 (1911); 84, 329 (1913). 0. Hammarsten, Ztsch. physiol. Chem., 94, 104 (1915); 102, 33 (1918). § 6. Allgemeine Gesichtspunkte hinsichtlich der Eiweiß spaltenden Enzyme. 77 sehr kräftig, während die Pepsinwirkung vernichtet wird. Bisher ist es nicht gelungen eine Erklärung für diese Tatsachen zu finden, welche sie einwandsfrei mit der unitarischen Auffassung in Einklang bringen würde. An das Labferment knüpfen sich weiter die interessanten Beobach- tungen von Danilewsky und von Okunew, daß durch Lablösungen in Pepton- und Proteosenlösungen Niederschläge erzeugt werden, welche schon Danilewsky als eine Rückverwandlung der Verdauungsprodukte in koagulables Eiweiß ansprach. Sawjalow(I) hebt hervor, daß die intensivste Niederschlagsbildung durch Lab in primären Albumosen er- zeugt wird, weniger in Deuteroalbumosen, am wenigsten in reinem Pepton. Er nannte die ausfallende Eiweißsubstanz Plast ein. Kurajeff(2) zeigte, daß das Papaya-Enzym die analoge Wirkung hat, jedoch am stärk- sten bei den sekundären Albumosen. Auch bei Bacterienproteasen ist das Plasteinphänoraen beobachtet worden (3). Neutralsalzzusatz be- günstigt die Ausfällung (4). Die Bedeutung der Erscheinung ist viel be- sprochen worden, und nicht wenige Forscher haben sich zu gunsten der Auffassung ausgesprochen, daß es sich um Vorgänge synthetischer Rich- tung handelt (5). Besonders kommt hierbei der Ausfall der formoltitri- metrischen Prüfung in Betracht, die eine Verminderung der freien Amino- gruppen ergab. Law^row (6) meint angesichts des Charakters des Plastein- niederschlages, welcher weniger N und mehr C enthält, als das genuine Eiweiß, richtiger von Labalbumosen sprechen zu sollen, als einfach von Plastein. Auch der Ausdruck ,,Koagulosen" ist für diese Produkte ge- braucht worden, und Lawrow hat mehrere Gruppen solcher Stoffe unter- schieden. Levene und van Slyke sahen hingegen wenig Ähnlichkeit der Plasteine mit Proteosen (7). Elementaranalysen der Koagulosen hat Sawjalow geliefert (8), und Levene und van Slyke haben nach der Estermethode die Hydratationsprodukte quantitativ bestimmt (9). Daß Labenzyme in Pflanzen vorkommen, wird schon von den alten griechischen und römischen Schriftstellern erwähnt; über das Enzym der Artischocken, die ,,Cynarase", besitzen wir aus älterer Zeit Unter- suchungen vonPARMENTiER uud Deyeux (1 0). Auch das Pflanzenlabenzym findet sich häufig in Milchsäften, wie bei Ficus, Broussonetia und anderen Moraceen, Carica Papaya, Cynara, Papaveracecn und Asclepiadeen, wie Calotropis. Jedoch ist es in Galium, Cucurbitaceen, Solanaceen, Cruci- feren, Ranunculaceen und anderen milchsaftfreien Pflanzen verbreitet und fehlt auch den Kryptogamen nicht, wie das Vorkommen bei Pilzen, Braunalgen und den Bacterien lehrt (11). Die tierfangenden Pflanzen 1) Sawjalow, Pflüg. Arrh., 85, 171 (1901). Zentr. Physiol., 16, 625 (1903). — 2) D. KuRAJEFF, Hofmeist. Beitr., i, 121 (1902); 4, 476 (1904). — 3) H. Käm- merer, Ztsch. Immun.forsch., .-/, 235 (1912). Vgl. auch A. Rakoczy, Ztsch. physiol. ehem., 75, 273 (1911). — 4) P. Glagolew, Biochem. Ztsch., 56, 195 (1913). — 5) R. 0. Herzog, Ztsch. physiol. Chera., 19, 305 (1903). Winogradow, Pflüg. Arch., 87, 170 (1901). Grossmann, Hofmeist. Beitr., 6, 192 (1904); 7, 165 (1905). T. Br. Robertson, Journ. Biol. Chem., 3, 95 (1907); 5, 493 (1909). V. Henriques u. GJALDBÄK, Ztsch. physiol. Chem., 71, 485 (1911); 81, 439 (1912). P. Glagolew, Biochem. Ztsch., 50, 162 (1913). J. Lukomnik, Hofmeist. Beitr., 9, 215 (1907). F. MicHELi, Arch. ital. Biol., 46, 185 (1907). — 6) J). Lawrow, Ztsch. physiol. Chem., 51, 1 (1907); 53, 1 (1907); 56, 343 (1908); 60, 520 (1909). — 7) Levene u. VAN Slyke, Biochem. Ztsch., 16, 203 (1909). — 8) W. Sawjalow, Ztsch. physiol. Chem., 54, 119 (1907). — 9) Levene u. van Sltke, Biochem. Ztsch., 13, 458 (1908). L. Rosenfeld, Hofmeist. Beitr., 9, 215 (1907). — 10) Parmentier u. Deyeux, Crells Ann. (1793), I, 449. Beyträge z. Crells Ann., Bd. V, 4. Stück, p. 471 (1794). — 11) Allgemeines bei M. Javillier, Contribut. ä l'Rude de la Pr§sure cht>z les V6g6t. Thöse Paris 1903. L. Buscalioni u. Cl. Fermi, Annuario 78 Zweiuuddrcißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. produzieren gleichfalls Labfernient. Außer dem Artischockenferment, der Cynarase, wurde das Lab aus dem Feigennlilchsaft, die „Sykochymase" einer besonderen Benennung für würdig erachtet. Doch ist es durchaus unsicher, ob die bei verschiedenen Pflanzen nachgewiesenen chymosin- artigen Enzyme tatsächlich verschieden sind, da die von Gerber ver- schiedentlich berührten Differenzen hinsichtlich Resistenz gegen höhere Temperaturen, gegen Säuren und gegen den Mangel der Gegenwart von Kalksalzen vielfach nur durch die ungleiche Zusammensetzung des Ge- menges der begleitenden Stoffe verursacht sein können. Über die Ver- teilung des Labenzyms ist aus den Arbeiten von Gerber das Nähere zu ersehen. Besonders in Früchten, Blütenteilen ist Chymosin reichlich vor- handen, doch fehlte es gelegentlich selbst im Holze nicht. Viele Präparate waren ausgeprägt ,,calciphir', d. h. wurden durch Zutat von Calciumchlorid stark in ihrer Wirkung gefördert ; doch ist z. B. das Ferment aus Maclura nur wenig kalkliebend, und für die Sycochymase war Kalk zur Wirkung jiicht nötig (1 ). Daß gekochte Milch besser gelabt wird wie rohe Milch (2), erklärte man teils durch die Annahme eines Antilabs, teils durch die Eigen- art der in der rohen Milch vorhandenen Eiweißkörper. Beachtenswert ist die Beobachtung von Gerber (3), wonach man Labferment von Fucus oder Broussonetiamilchsaft durch Verdünnen oder Ausdialysieren in der Weise zerlegen kann, daß dialysable Stoffe von einem nach Art von Globu- linen beim Dialysieren ausfallenden, für sich nur sehr wenig wirksamen Körper getrennt werden können. Bringt man den in 5% NaCl gelösten Niederschlag mit dem Dialysat zusammen, so entsteht neuerdings ein wirksames Labpräparat. Ob es sich nur um Salze als Hilfsstoffe handelt, ist nicht klar entschieden worden. Die Pflanzenchymosine sind vom Kälberiab bestimmt verschieden. Für die Cynarase wurde dies durch Morgenroth mittels der Antiferment- erzeugung klar gezeigt. Allgemein wird aber hervorgehoben, daß die Pflanzenchymosine ebenfalls nur auf Milchcasein einwirken. Eine Aus- Istit. Botan. Roma, VII (1898); Cynaraen und Centaureen: P. Giacosa, Chem. Zentr. (1897), II, 1054; für Carthamus tinctorius. Cynarase: G. E. Rosetti, Ebenda (1899), I, 131; Centaurea; C. Gerber, Compt. rend., 148, 992 (1909); Soc. biol., 66, 1122 u. 1125 (1909); Congr. Soc. Sav. Rennes 1909, p. 152; Caste'X, Ztsch. Kinderheilk., 5, 244(1912); Carica Papaya: Pozerski, Compt. rend. Soc. Biol., 75, 507 (1913). Cucurbitaceae: Sher. Lea Chem. News, 48, 261 (1883); für Acanthosicyos- früchte. Rubiaceae: Green, Nature, 38, 274 (1888). Gerber, Compt. rend., 145, 284 (1907). Javillier, Ebenda, 380. Calotropis: Gerber u. Flourens, Ebenda, 155, 408 (1912). Solanaceae: Sh. Lea, Green, 1. c. Gerber, Compt. rend, ,149, 137 (1909). Soc. biol, 67, 318 (1909). Caricaceae: Gerber, Compt. rend., 148 497 (1909). Soc. biol., 66, 227 u. 716 (1909). Compt. rend., 149, 459 (1910). Thyme- laeaceae: Gerber, Soc. biol., 66, 890 (1910). Papaveraceae: Gerber, Bul. Soc. Bot., 54, p. VII (1907). Ranunculaceae: Sh. Lea, 1. c; für Clematis: GIerber, Soc. biol , 64, 519 (1908); für Helleborus. Ficus (Sykodiymase): R. Chodat u. E. Rouge Zentr. ^Bakt. (II), 76 1; Arch. Sei. Phys. Genöve, 21, 105 (1906). A. Briot. Compt. rend., 144, 1164 (1907). Gerber, Soc. biol. 1907; 66, 227 u. 716 (1909.). Compt. rend., 155, 56 (1912); Soc. biol., 74, 1111, 1336 (1913). A. Hansen, 1. c. 1885. Broussonetia: C. Gerber, Compt. rend., 145, 530 (1907). Soc. biol., 66, 227 (1909). Compt. rend., 152, 1611 (1911). Soc. biol., 74, HU, 1336 (1913). Gerber, Bull. Soc. Bot. (4), 60, (1913). Cruciferae: Gerber, Compt. r-end., 145, 92 (1907). Soc. biol. 1907; Chem.-Ztg., jz, 913 (1907). Javillier, Compt. rend., 145, 380 (1907). Phytolacea u. Ricinus: D. Bruschi, Atti Acc. Line. (5), 16, II, 360 (1907). — Pilze: Gerber, Compt. rend., 149, 944 (1909). Soc. biol., 67, 612 (1909); 68, 201 (1910); Chem. Abstracts 1912, p. 3438. Braunalgen: Gerber, Soc. biol., 66, 1122 (1909). 1) Gerber, Compt. rend., 148, 56 (1909). Chodat u. Rouge, 1. c, — 2) A. Briot, Compt. rend., 144, 1164 (1907); Gerber, Soc. biol. 64, (1908). — 3) C. Gerber, Compt. rend., 145, 530 (1907); 147, 601 (1908). § 6. Allgemeine Gesichtspunkte hinsichtlich der Eiweiß spaltenden Enzyme. 79 nähme bildet die Angabe von Gerber (1), wonach durch den Milchsaft von Euphorbia Eidotter bei 50° koaguliert wird. Es ist nicht ausgeschlossen, daß sich in Pflanzen noch andere eiweiß- koagulierende Enzyme auffinden lassen. Für die Fibrinabscheidung aus dem Blut haben Pekelharing und Huiskamp (2) die Meinung aufgestellt, daß Nucleoproteide aus Blutplasma und Thymus imstande seien, unter Mithilfe von Kalksalzen die Fermentwirkung auszuüben. Für die Gerinnung des Muskeleiweiß jedoch ist Enzymwirkung noch zweifelhaft und ebenso für die der Fibrinbildung äußerUch ähnliche Bildung des pflanzlichen Klebers (Weyl und Bischoff) (3). Die Gerinnung des tierischen Mucins soll einigen neueren Angaben zufolge (4) gleichfalls durch ein besonderes Enzym, die Mucinase, hervorgerufen werden. Für Pflanzen ist ein solches Ferment unbekannt. Die Nuclein spaltenden Enzyme sind entgegen früheren Ansichten (5) Eiweißenzyme besonderer Art, wie Sachs, Abderhalden und andere (6) sicher zeigen konnten. Man faßt sie als Nucleasen zusammen. Ob man das Recht hat, für die Hydrolyse von Leim, Gelatine ein besonderes Enzym anzunehmen, darüber sind die Ansichten geteilt (7). Mir scheint es, als ob die Annahme einer besonderen ,,Glutinase" nicht gerechtfertigt wäre. Auch auf die Protamine scheinen keine anderen als die gewöhnlichen proteo- lytischen Fermente einzuwirken (8). Die pflanzlichen Eiweißenzyme sind teils typische Sekretions- oder Ektoenzyme, teils typische Endoenzyme, so wie die tierischen Proteasen. Bezüghch der letzteren hat man erfahren, daß ihre Wirksamkeit bei den Versuchen sie von den Zellen abzutrennen, beträchtlich abnimmt (9). Die oben erwähnten Erfahrungen mit optisch-aktiven Polypeptiden haben zur Evidenz erwiesen, daß für die Eiweißenzyme die Konfiguration ihres Substrates genau so wichtig ist, wie für die Kohlenhydratenzyme, so daß man durch beide Enzymgattungen häufig die optischen Antipoden aus racemischen Stoffen abtrennen kann. Lehrreich ist die Erfahrung von Dakin (1 0), daß racemisiertes Casein durch Pepsin oder Trypsin nicht an- gegriffen wird. Fäulnisbacteiien griffen zwar die racemische Caseose langsam an, nicht aber das racemisierte Casein. Die Frage der Spezifität hat Fermi(II) für pflanzUche und tierische Ektoproteasen dahin beant- wortet, daß es sich um durchaus nicht spezifische Wirkungen auf verschie- dene Eiweißarten handelt. Hingegen sind die im Anschluß an parenterale Einführung von Pflanzeneiweiß im Tierkörper gebildeten Fermente nach Issatschenko (12) spezifischer Natur. Nach Keller (13) würde das En- zym aus Reiskleie auf tierisches Eiweiß nicht wirken. Für die Mazerations- säfte aus tierischen Organen ist die Frage noch nicht klar (14), 1) C. Gerber, Sog. biol., 74, 53 (1913). — 2) Fibrinferment oder Thrombin: Hammarsten, Erget)n. d. PhysioL, I, 1, 339 (1902). Pekelharing u. Huiskamp, Ztsch. physiol. Chem., 39, 22 (1903). Biochem. Ztsch., 11, 1 (1908). Fuld, Biochem. Zentr. (1903), Nr. 4. — 3) Th. Weyl u. Bischoff, Sitz.ber. Erlangen phys.med. Soc. (1880). Ber. chem. Ges., jj, 367 (1880). — 4) A. Riva, Soc. biol., 59, 711 (1905). Neppi u. Riva, Ebenda, 60, 361 (1906). C. Ciaccio, Ebenda, 675; Tre- MOLiÄRES u. Riva, Ebenda,, 690. — 5) M. Nakayama, Ztsch. physiol. Chem., 41, 348 (1904). — 6) F. Sachs, Ebenda, 46, 337 (1905). Abderhalden u. Schitten- HELM, Ebenda, 47, 462 (1906). W. Jones u. C. R. Austrian, Ebenda, 48, 110 (1906). — 7) P. Hattori, Arch. internat. Pharmacodyn., 18, 2bb (1909). A. Ascoli u. B. Neppi, Ztsch. physiol. Chem., 56, 135 (1908). — 8) Vgl. M. Takemura, Ztsch. physiol. Chem., 63, 201 (1909). — 9) F. Daels u. C. Deleuze, Geneesk. Tijdschr. Belgie, 3, 192 (1913). — 10) H. D. Dakin u. H. W. Dudley, Journ. biol. Chem., 15, 21X (1913). — 11) Cl. Fermi, Zentr. Bakt., I, 72, 401 (1914). — 12) Issa- tschenko, Deutsch, med. Woch.schr., 40, 1411 (1914). — 13) Fr. Keller, Sitz.ber. phys.med. Soc. Erlangen, 46, 57. — 14) Vgl. Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., 80 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. Der Nachweis proteolytischer Wirkungen kann sehr oft ohne weiteres geführt werden durch die Lösung kleiner Flöckchen von Fibrin in der enzym- haltigen Flüssigkeit, doch ist es gut, bei noch unbekannten Verhältnissen den Versuch bei saurer, neutraler und leicht alkalischer Reaktion neben- einander zu wiederholen. Auch aus verdünnten Lösungen adsorbieren Fibrinflocken so reichlich und schnell Protease, daß Neumeister (1) gerade diese Methode rühmend hervorhob. Eine wesentliche Vervollkommnung war es, daß Grützner die Anwendung gefärbter Fibrinflocken einführte (2). Man gebraucht entweder Fibrin, welches mit Glycerin und „Spritblau bläu- lich" von Bayer, oder auch mit Kongorot oder Carmin vorbehandelt worden ist, und kann nun aus der in der Flüssigkeit auftretenden Färbung selbst quantitativ auf colorimetrischem Wege die Proteolyse kontrollieren. Abder- halden (3) imprägnierte Elastin mit Säure und konnte damit ein Auffinden von Pepsin, welches allein das saure Elastin angreift, ermöglichen. Um in Gewebestückchen, Schnitten usw. Proteasen nachzuweisen, führte Fermi (4) seine Carbolgelatine-Methode ein. Man konnte damit Trypsin bis zu Verdünnungen auf nahezu 2 Millionen nachweisen. Modifi- kationen sind durch Anwendung gefärbter Gelatine möglich (5). Auch Milchagar wurde angewendet (6). Eine Gruppe weiterer Methoden bedient sich der Aufhellung von feinen Eiweißsuspensionen durch die Wirkung von Proteasen, wodurch man gleichfalls sehr empfindhche Grenzreaktionen er- halten kann. So verwendete Jacoby(7) eine trübe Lösung von Ricin (1 g auf 100 ccm 1,5% NaCl); vielleicht noch besse" läßt sich nach Fuld(8) eine trübe Edestinlösung zu demselben Zwecke, auch für quantitative Bestimmungen gebrauchen. In dieselbe Kategorie von Methoden gehört die Caseinmethode von Gross (9), sowie die von H ata (10) beschriebene Versuchsanordnung. Durch die Anwendung nephelometrischer Ablesungsmethodik läßt sich ein solches Verfahren sehr scharf gestalten (1 1 ). Abderhalden (12) führte Seiden- pepton, welches mit allen peptolytischen Körperenzymen reichliche Aus- scheidungen von Tyrosin gibt, an Stelle des Glycyl-1-Tyrosin als diagnosti- sches Hilfsmittel ein- Die Triketohydrindenhydrat-Methade läßt sich qualitativ und quantitativ -colorimetrisch ausgedehnt benutzen (13). 9J, 96 (1914); Bronfenbrenner, Pioc. Soc. Exp. Bio!., 12, 3 (1915); ebenda, 137. Zur Frage der „Abwehrfermente": H. Strauss, Fermentforsch., i, 55 (1914); Paquijj, Ebenda, 58; Oppler, Biochem. Ztsch., 75, 211 (1916). 1) Neumeister, Ztsch. Biol., 12, 447 (1897). — 2) W. Waldschmidt, Pflüg. Arch., 143, 189 (1911); H. E. Eoaf, Biochem. Journ., 3, 188(1908). P. v. Grützner, Arch. di Fisiol., 7, 223 (1910); Hammarsten, Ztsch. physiol. Chem., 74, 142 (1911). E. Merck, Jahresber. 1906, p. 48. — 3) E. Abderhalden u. 0. Meyer, Ztsch. physiol. ehem., 74, 67 u. 411 (1911). — 4) Gl. Fermi, Zentr. Bakt. (II), 5, 24 (1899); 16, 176 (1906). Arch. Hyg., 55, 140 (1906). — 5) Schouten, Zentr. Bakt., II, 18, 94 (1907). A. Kantdrowitz, Münch. med. Woch.schr., 40, 2496 (1912). — 6) C. EiJKMAN, Zentr. Bakt., I, 19, Nr. 22 (1901); II, 10, 531 (1903). Mandel- baum, Münch. med. Woch.schr., 56, 2215 (1909). — 7) M. Jacoby, Arbeit, pathol. Inst. Berlin 1906, p. 455; Biochem. Ztsch., 10, 229 (1908). Einhorn, Berlin, klin. Wochschr., 45, 1567 (1908). E. Solms, Ztsch. klin. Mediz., 64, 159 (1907). — 8) E.- FuLD u. Levison, Biochem. Ztsch., 6, 473 (1907). A. Fabini, Gazz. Osped., 30, 409 (1909); Neppi, Boll. chim. farm., 54, 289 (1915). Vgl. auch Carnot u. Mauban, Compt rend. Soc. Biol., 81, 340(1918). — 9) 0. Gross, Arch. exp. Path., 58, 157 (1907). Berlin, klin. Woch.schr., 45, 643 (1908). — 10) S. Hata, Biochem. Ztsch., 23, 179 (1909). — 11) Ph. A. Kober, Journ. Amer. Chem. Soc, 35, 290 (1913). Journ. Biol. Chem., 13, 485 (1913). Die Erepsinwirkung verfolgte mit Hilfe der Biuretreaktion colorimetrisch H. M. Vernon, Journ. of Physiol., 30, 330 (1903). — 12) Abderhalden u. Schittenhelm, Ztsch. physiol. Chem., 61, 421 (1909); 66, 137 (1910). Abderhalden u. Steinbeck, Ebenda, 68, 312 (1910). Sogar anwend- bar bei Endoenzymen: Hirsch, Ztsch. physiol. Chem., 91, 78 (1914). — 13) Har- DiNG u. Mac Lean, Journ. Biol. Chem., 24, 503. § 6. Allgemeine Gesichtspunkte hinsichtlich der Eiweiß spaltenden Enzyme. 81 ViNES (1) fand die Tryptophanprobe als feines Reagens auf die Gegenwart peptolytischer Fermente. Die von Fischer und Abderhalden eingeführte polarimetrische Kontrolle der Proteolyse kann nicht nur für Polypeptide, sondern auch für bestimmte Eiweißstoffe, z. B. Casein, zur Untersuchung der Proteolyse Verwendung finden. (2). Bemerkt sei, daß Volhard (3) speziell für die Pepsinbestimmung ein Säuretitrationsverfahren ausgearbeitet hat, und daß man schließlich einfach die in Lösung gegangene Stickstoff- menge nach Kjeldahl bestimmt als Maß der Proteolyse nehmen kann (4). Auch die einfache Biuretprobe leistet durch ihre Änderung des Farbentones zur Orientierung oft gute Dienste (5). Wenig wird derzeit die alte, von VViTTiCH (6) gebrauchte Methode angewendet, dem Substrate das Ferment durch Glycerinextraktion zu entziehen. Große Bedeutung hat für die quantitative Verfolgung verschiedener proteolytischer Vorgänge ein von Mett (7) ausgearbeitetes Verfahren er- langt, welches darin besteht, daß man Glasröhrchen, die mit koaguliertem Eiweiß beschickt sind, in die zu untersuchende Lösung bringt, und aus dem Grade des AbschmeJzens, den man durch einfache Messung bestimmt, einen Rückschluß auf die Intensität der Proteasenwirkung zieht. Kein tierisches oder pflanzliches Eiweißenzym ist bisher in sicher reinem Zustande dargestellt worden. Allerdings liegen Angaben vor, daß reine Präparate erhalten wurden, doch widersprechen sich dieselben sehr. Pekelh ARING (8) sah sich durch seine Untersuchungen veranlaßt, das Pepsin für phosphorhaltig und Xanthinbasen abspaltend anzusehen, und hielt es infolgedessen für ein Nucleoproteid. Nencki und Sieber (9) schrieben dem Magenpepsin eine noch viel kompliziertere Struktur zu als jene eines Nucleoproteids. Es soll noch Lecithingruppen und Chlor ent- halten. Andererseits teilte wieder Friedenthal (1 0) mit, daß man Pepsin- präparate gewinnen kann, die nicht nur keine Nucleinreaktionen, sondern sogar keine Eiweißreaktionen mehr geben. Auch Lauder, Bbunton und Sundberg (11) wiesen darauf hin, daß die Eiweißreaktionen bei wirksamen Pepsinpräparaten fehlen können. Ferner zeigten aus Magenpreßsaft her- 1) S. H. ViNES, Ann. of Bot., //, 237 (1903). — 2) Vgl. St. v. Bogdändy, Ztsch. physiol. Cham., 84, 18 (1913). — 3) F. Volhard, Münch, med. Woch.schr. (1903), Nr. 49, W. Löhlein, Hof meist. Beitr., 7, 120 (1905). Küttner, Ztsch. physiol. ehem., 52, 63 (1907). Säuretitrierung: Launoy, Compt. rend. Soc. Biol., 81, 742 (1918). — 4) J. O'SuLLiVAN, Journ. Soc. Chem. Ind.. 24, 830 (1905). Sherman u. D. Neun, Journ. Amer. Chem. Soc, 38, 2199 (1916). — 5) Vgl. W. B. CowiE u. DicKSON, Pharm. Journ. (4), 22, 221 (1906); 24, (1907). — 6) V. Wittich, Pflüg. Arch., 2, 193 (1869); 3, 339(1870). Sulfosalicylsäure-Methode: Michaelis, Deutsch, med. Woch.schr.. 44, 685 (1918). — 7) Mett, Arch. Anatom, u. Physiol. (1894), p. 68. H. Meier, Berlin, klin. Woch.schr. (1906), Nr. 12. Nierenstein u. Schiff, Berlin, klin. Woch.schr. (1903), 268. Sailer u. Fahr, Univ. Pennsylv. Med. Bull., 19, 190 (1906). J. Christiansen, Biochem. Ztsch., 46. 257 (1912). P. M. CoBB, Amer. Journ. Physiol., 13, 448 (1905). Hattori, Arch. Internat. Pharmacodyn., 18. 255 (1909). Frühere Lit.: Samajlow, Arch. Sei. Biol.. 2, 699 (1894); E. Schütz u. H. Huppert, Pflüg. Arch., 80, 470 (1900); J. Schütz. Ztsch. physiol. Chem., 30, 1 (1900). E. Schütz, Ebenda, 9, 577. Vernon, Journ. of Physiol., 26, 405 (1901); J. Kaufmann, Biochem. Zentr., 2, Ref. 815 (1904). Malfitano, Soc. biol., 56, 33 (1904). Geselschap, Ztsch. physiol. dem., 94, 205 (1915). — 8) Pekelharing, Ztsch. physiol. Chem., 22, 233 (1896); 35, 8 (1902). (]hem. Änderung bei der Reinigung von Pepsin ist relativ gering: Davis u. Merker, Journ. Amer. Chem. Soc, 41, 221 (1919). — 9) Nencki u. Sieber, Ztsch. physiol. Chem., 32, 291 (1901). Schoumow-Simanowski, Arch. exp. Pathol., 33, 336. Her- LiTZKA, Atti Acc. Line. (5), 13, 51 (1904). — 10) Friedenthal, Zentr. Physiol. (1901), 785; (1902), p. 1. — 11) Lauder Brunton. Zentr. Physiol., 16, 201 (1902). Sundberg, Ztsch. physiol. Chem., 9, 318 (1885). Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., !I. Bd. 6 82 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. gestellte Pepsinspecimina von Schrumpf (1) weder Eiweißreaktionen noch Labwirkung. Dezani (2) hat sich wiederum zugunsten der Eiweißnatur des Pepsins geäußert. Nach Davis und Merker (3) erreicht Pepsin bei fortgesetzter Reinigung die Eigenschaften eines Proteins, vielleicht Gluco- proteins, mit steigender proteolytischer Aktivität. Die Meinung von Sacha- ROFF (4), daß Eiweißverbindungen bei proteolytischen Vorgängen eine wich- tige Rolle spielen, wird durch nichts gestützt. Das Trypsin ist viel weniger oft Reindarstellungsversuchen unter- worfen worden. Levene (5) erklärt es für einen Eiweißstoff. Als Micha- elis (6) die Trypsinfällung im isoelektrischen Punkt vornahm, erhielt er % des Enzyms im Niederschlag; er gibt an, daß diese Hauptfraktion des Tryp- sins wesentlich Hammarstens „a-Nucleoproteid" entsprach. Für das Lab- enzym nimmt Scala (7) einen Albumosenkern und amidierte Seitenketten an. Noch viel weniger iä^t bezüglich der Pflanzenproteasen, selbst von deren beststudierten Vertreter, dem Papain, bekannt. Ungeklärt sind neuere An- gaben über proteolytische Wirkung von Eiweißabbauprodukten (8). Die Wirkung proteolytischer Enzyme ist außerordentlich groß. Nach Pekelharing löst 0,001 mg Pepsin binnen einigen Stunden eine Fibrin- flocke auf. Nach Petit (9) hydrolysiert Pepsin in 7 Stunden das 500000fache seines GeAvichtes an Fibrin. Chymosin setzt nach Hammarsten die 400000 bis SOOOOOfache Menge seines Eigengewichtes an Casein um. Einige Angaben hinsichtUch der Physikochemie der Proteasen haben allgemeines Interesse. Pepsin zeigt im elektrischen Feld anodische Wanderungsrichtung (Pekel- haring) (10). Nach Michaelis (11) ist die isoelektrische Konstante von Pepsin 1,5 • lO"'"^, die auch das Optimum der Wirkung bezeichnet. Der iso- elektrische Punkt liegt bei 5 • 10^. Für Trypsin wurde der isoelektrische Punkt bei 1,35 • iO~* bestimmt. Für die Milchgerinnung bestimmten Michaelis und Mendelsohn (12) das Optimum der Säurefällung des Caseine bei 2,5 • 10"^ H., bei Kalkgegenwart 3 • 10"*, und das Optimum der Lab- fällung mit 4 • 10-'' bis 1 • 10-^. Für pflanzliche Enzyme fehlen Angaben. J)ie Zerstörung von Pepsin durch elektrische Ströme hat Bürge verfolgt (13). Das Ultramikroskop bei der Beobachtung der Wirkung von Pepsin- Salz- säure ist in Versuchen von Russo (14) verwendet. Die viscosimetrische Methodik bei der Eiweißverdauung ist von großer Bedeutung, nachdem man hierdurch gleichfalls die Hydratation und Ionisierung des Eiweiß, welche für die Bildung der ersten Abbauprodukte von großem Einflüsse sein muß, kontrolliert. Schon Spriggs (15) fand, daß die Viscosität des Verdauungs- *1) P. Schrumpf, Hofmeist. Beitr., 6. 396 (1905). — 2) S. Dezani, Atti Acc; Torino, 45, 1910). Hugounenq u. Morel, Compt. rend., 147, 212 (1908) fanden keine Pyrimidinbasen bei der Hydrolyse von Pepsin. Aldrich, Journ. Biol. Chem., 23, 339 (1915). — 3) L. Davis u. Merker, Journ. Amer. Chem. Soc, 41, 221 (1919). — 4) N. Saccharoff, Zentr. Bakt., I, 24, 661 (1898). — 5) Levene, Zentr. Physiol. (1901), p. 285. Reinigung von Trypsin durch Adsorption: J. T. Wood, Journ. Chem. Ind., 37. 313 (1918). — 6) Michaelis u. H. Davidsohn, Biochem. Ztsch., 30, 481 (1911). Andere Versuche bei H. L. Holzberg, Journ. of biol. Chem., 14, 335 (1913). — 7) A. Scala. Staz. Spez. Agr. Ital., 40, 129 (1907). — 8) Vgl. E. Herzfeld, Biochem. Ztsch., 64, 103 (1914); 68 402 (1916); 70, 262 (1915); W. Biedermann, Fermentforsch., 2, 1 (1917). — 9) Petit zit. bei Neumeister, Lehrb. d. physiol. Chem., p. 176. Vgl. auch Grützner, Pflüg. Arch., 161, 1 (1915). - 10) C. A. Pekelharing u. W. E. Ringer, Ztsch. physiol. Chem., 75, 282 (1911). — 11) Michaelis u. Davidsohn, Biochem. Ztsch.. 28, 1 (1910). Vgl. auch W. E. Ringer, Ztsch. physiol. Chem., 95, 193 (1915). — 12) L. Michaelis u. A. Mendelsohn, Biochem. Ztsch., 58, 315 (1913). — 13) W. E. Bürge, Amer. Journ. of Physiol., 32, 41 (1913). Die Pepsinwirkuiig wird durch das Solenoid nicht begünstigt: Ch. F. Lifschitz, Diss. Zürich (1911). — 14) Ph. Russo, Arch. intern, de Physiol.. 12, 1 (1912). Ebenda, p. 316 (1914). — 15) Spriggs, Ztsch. physiol. § 6. Allgemeine Gesichtspunkte hinsichtlich der Eiweiß spaltenden Enzyme. 83 gemisches anfangs sehr rasch abnimmt. Durch 3— 4 stündiges Schütteln verliert Pepsin an Wirksamkeit (1). Mit den Adsorptionserscheinungen an proteolytischen Enzymen haben sich Hedin, Abderhalden, Rakusin u. a. (2) befaßt. Durch Holzkohle adsorbiertes Trypsin wird nur teilweise daraus durch Casein aufgenommen. Bei solchen Adsorptionen hat man grund- sätzUch zwischen der reversiblen Aufnahme und der ii-reversiblen „Fixation" zu unterscheiden, bei welcher letzterer schon Denaturierung des Fermentes Platz greifen dürfte. Die Adsorption des Pepsins an Elastin und Fibrin (3) dürfte hingegen noch ein umkelu-barer Prozeß sein. Aber auch Adsorption der Fermente durch flüssige Kolloide dürfte eine Rolle spielen, indem Hedin (4) sah, daß natives Serumalbumin Trypsin schon in sehr kleiner Menge unter „Verfestigung" neutralisiert. Hingegen wirkte das mit schwacher Essigsäure behandelte Albumin nur bei Anwendung großer Mengen. Die „Verfestigung" ist nur sehr wenig reversibel. Nach Amantea (5) ist die Bin- dung von Erepsin an Elastin und Fibrin im Vergleiche zum Pepsin sehr gering. Eine Reihe den vorstehenden Daten analoger Ergebnisse erzielte man auch für das Labferment. Mit der Schüttelinaktivierung desselben befaßte sich Schmiedt-Nielsen (6). Sie soll bis zu einem gewissen Grade reversibel sein, und wird durch ganz geringe Säuremengen verhindert. Bezüglich der Adsorption durch Kohle und der Wirkung von flüssigen Kolloiden hatten die Untersuchungen von Hedin ganz ähnhche Ergebnisse wie sie vom Pepsin erwähnt wurden (7). Die Untersuchungen über die Kinetik der proteolytischen und pepto- lytischen Enzymreaktionen erstrecken sich fast ausschließlich auf das Ge- biet der tierischen Enzyme. Abgesehen von einigen älteren Unter- suchungen (8) war die erste Arbeit von Bedeutung diejenige von Schütz (9), der die Pepsinwirkung durch polarimetrische Kontrolle der Peptonbildung verfolgte und dabei das bekannte Gesetz auffand, daß die Verdauungs- geschwindigkeit der Quadratwurzel aus den Enzymmengen direkt pro- portional ist. Sjöqvist (1 0), welcher der erste war, der die Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit als methodisches Prinzip bei solchen Unter- suchungen anwendete, erhielt für die Pepsinverdauung gleichfalls Werte, welche für den Anfang der Reaktion die ScHÜTZsche Regel als gültig er- scheinen lassen. Nach den theoretischen Darlegungen von Arrhenius (11) ehem., 35, 465 (1902). Journ. of Physiol., 28, Heft 1/2 (1902). J. Christiansen, Biochem. Ztsch., 47, 226 (1912). Vgl. auch H. W. Bettmann u. Schroeder, Biochem. Zentr., j, Ref. 1625 (1905). 1) A. 0. Sh AKLEE u. Meltzer, Zcntr. Physiol., 2j, 3 u. 4 (1909). — 2) C. S. Hedin, Biochem. Journ., 2. 81 (1907). Ztsch. physiol. Chem., 50, 497 (1907). Vgl. auch M. Winckel, Münch. med. Woch.schf., 59, 2734 (1912). E. Buchner u. Klatte, Biochem. Ztsch., 9, 436 (1908); Rakusin, Jouru. russ, phys.chem. Ges., 47, 141, 1048, 1055 (1915). Abderhalden, Fermentforsch., 2, 74 (1917). — 3) Vgl. Abderhalden u. F. Friedel, Ztsch. physiol. Chem., 71, 449 (1911). — 4) S. G. Hedin, Ebenda, 52, 412 (1907). Über Kolloideinflüsse noch G. Simonelli, Arch. di Fisiol., 8, (1911); Küttner, Ztsch. physiol. Chem., 50, 472 (1907) über Lecithin. Bindung von Pepsin u. Trypsin an das Substj-ßt: Edie, Brit. med. Journ., 1914, p. 2803. Zustand des Substrates und Pepsinwirkung: Ringer, Kolloid. Ztsch., 19, 253 (1916). Ultratiltrations-Versuche zur Adsorptionstheorie: Abderhalden u. Fodor, Fermentforsch., 2, 225 (1918). Dialyse von Trypsin: C. Funk, Journ. Biol. Chem., 26, 121 (1916). — 5) G. Amantea, Arch. di Farm., 13, 299 (1912). — 4) S. u. S. Schmiedt-Nielsen, Ztsch. physiol. Chem., 60, 426 (1909); 68, 317 (1910). — 7) S. G. Hedin, Ebenda, 63, 143 (1909); 60, 85(1909); 7^, 242 (1911). — 8) Brücke, Sitz.ber. Wien. Ak., 27, 131 (1859). Grünhagen, Pflüg. Arch., 5, 203 (1872). — 9) E. Schütz, Ztsch. physiol. Chem., 9, 577 (1885). Bestätigt von Borrissow u. Samajlow. — 10) J. Sjöqvist, Skand. Arch. Physiol., 5, 317 (1895). — 11) Sv. Arrhenius, Meddel. Nobel Inst., i, Nr. 9 (1908). 6* 84 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. über die Bedeutung der ScHÜTZschen Regel ist es auch nicht zu erwarten, daß die Giltigkeit derselben über das erste Drittel der Reaktionszeit hinaus- geht, da es Voraussetzung bleibt, daß die Menge der noch umzusetzenden Substanzraengen gegenüber den bereits umgewandelten sehr groß ist. Sehr weitgehend folgt aus den Ergebnissen von Sjöqvist, daß die gespaltene Eiweißmenge der Quadratwurzel aus dem Produkte von Zeit und Enzym- konzentration proportional ist. Die folgenden Arbeiten haben aber durchaus nicht sicher die Bestätigung dafür erbracht, daß die ScHÜTZsche Regel ein allgemein geltendes Gesetz der Eiweiß Verdauung darstellt. So hat Gross (1) für die Pepsinwirkung und Faubel (2) für die tryptische Ver- dauung Ergebnisse erhalten, die nicht für die Quadratwurzelregel sprechen, sondern vielmehr auf die auch sonst festgestellte Beziehung hinauslaufen, daß Fermentmenge und Wirkung einander einfach proportional sind. Hin- gegen wird in den Versuchen von K. Meyer (3) über Pepsinverdauung, ferner in den Versuchen von Vernon (4) über tryptische Verdauung von Fibrin, endlich aber auch in der einzigen größeren Untersuchung über eine pflanzliche Protease, in der Arbeit von Weis (5) über das proteolytische Malzenzym, eine Übereinstimmung mit der ScHÜTZschen Regel gefunden. Für die P&painproteolyse fanden Delezenne und Mouton (6) die Schütz- sche Regel gleichfalls bestätigt. Nach A. Palladin (7) soll für die tryptische Fibrinverdauung die ScHÜTZsche Regel nur dann gefunden werden, wenn man nicht für eine genaue Aufrechterhaltung gleichgroßer Berührungsflächen zwischen Enzym und Eiweiß Sorge trägt. Ist die Berührungsfläche stets genau gleich, so ergibt sich vielmehr eine Beziehung der Form, daß die verdaute Fibrinmenge proportional ist der dritten Wurzel aus dem Quadrate der Fermentmenge, also eine Annäherung an die einfache Proportionalität. Dernby (8) fand als empirische Formel für enzymatische Eiweißspaltung k = 1/r^ . In (a -f- x)/(a— x) ; die Konstanten verhalten sich annähernd wie die Quadratwurzeln aus den Zeiten. Sind also die Meinungen über diesen Punkt noch wenig geklärt, so geht aus vielen Arbeiten deutlich die Bedeutung einer allgemeinen Beziehung zwischen Zeit und Enzymmenge in der Form hervor, daß beide Größen für einen bestimmten Wirkungswert reciproke Werte darstellen, d. h. ihr Produkt eine Konstante darstellt. Es wird also nur die Menge des umgesetzten Eiweißes maßgebend sein, gleichgültig, ob der Umsatz durch wenig Enzym in langer Zeit oder durch viel Enzym in kurzer Zeit zustande kommt. Dies hat für Trypsin besonders Hedin (9) ausgeführt. Während Henri und Ltarguier des Bancels(IO) wenigstens den Anfang der Trypsinwirkung auf Eiweiß durch das unimolekulare Gesetz wiederzugeben meinten, findet Bayliss (11) eine starke Abnahme der für unimolekulare Reaktion berechneten Konstanten. Angesichts der großen Schwierigkeiten, das Reaktionsgesetz der Eiweiß-»Enzymhydrolysen ex- perimentell festzustellen, wendete sich Euler (12) mit Recht zu der pepto- 1) Gross, Berlin, klin. Woch.schr., 45, 643 (1908). —2) 0. Faubel, Hofmeist. Beitr., 10, 36 (1907). E. H. Walters, Journ. Biol. Chem., 11, 267 (1912). — 3) K. Meyer, Berlin, klin. Woch.schr., 45, 1485 (1908). — 4) H. M. Vernon, Journ. of Physiol., 26, 421 (1901). — 5) Weis, Meddel. Carlsberg Laborat, 5, 127 (1903). — 6) C. Delezenne Mouton u. Pozerski, Compt. rend., 142, 177 1905). Soc. biol., 60, 68, 39, 309. — 7) Al. Palladin, Pflüg. Arch., 137, 337 (1910). — 8) K. G. Dernby, Ztsch. physiol. Chem., 89, 425 (1914). Compt rend. Carlsberg, Ji, 263 (1916). — 9) S. G. Hedin, Journ. of Physiol., 32, 468 (1905); 34, 370 (1906). — 10) V. Henri u. Larguier de Bancels, Compt. rend., 136, 1088, 1681 (1903). — 11) Bayliss, Arch. Sei. Biol., 11, Suppl. Petersburg (1904). — 12) H. Euler, Ark. för Kemi, 2, Nr. 39 (1907). Ztsch. physiol. Chem., 51, 213 (1907) Sodann Abderhalden u. Michaelis, Ebenda, 52, 326 (1907). § 6. Allgemeine Gesichtspunkte hinsichtlich der Eiweiß spaltenden Enzyme. 85 lytischen Wirkung auf reine Polypeptide, und konnte für die Enzymspaltung des Glycylglycins und Alanylglycins unzweideutig finden, daß die Reaktion dem unimolekularen Verlaufe entspricht, sowie daß Fermentmengen und Wirkung in einfacher Proportionalität stehen. Für die Enzymversuche dürfte die Titrierung mit Formol nach Sörensen weitgehender Anwendung fähig sein(1). Für das Labferment existieren dieselben Fragen wie für die übrigen Eiweißenzyme. Hier ist schon 1870 durch Segelcke und Storch (2) die Reziprozität zwischen Fermentmenge und Zeit für eine bestimmte Wirkungsintensität aufgefunden worden, und dies hat sich in den meisten Untersuchungen bestätigt (3). Hingegen ist die Behauptung von Koett- LITZ (4), daß für die Labwirkung die ScHÜTZsche Regel gilt, nicht weiter bestätigt worden. Über die Wärmetönung bei proteolytischen Prozessen liegen Unter- suchungen von Hari (5) hinsichtlich Pepsinverdauung vor, welche zu dem Ergebnisse kommen, daß hier ein Fall bedeutender positiver Wärmetönung vorliegt; dies steht im Gegensatze zu der sonst bei Hydrolysen begründet angenommenen Meinung, daß es sich durchwegs um Prozesse von geringer Wärmetönung handelt. Für die Temperatur Wirkung auf proteolytische und peptolytische Prozesse wird übereinstimmend angegeben, daß bei 37—40° das Optimum liegt. Doch wurde von Klug und von Oguro (6) bereits bei 0" eine deutliche Wirkung durch Magenpepsin beobachtet, und Camus und Gley (7) fanden Chymosin bei 10° wirksam. Bickel (8) vermochte bei Pepsin durch Abkühlen auf —160° keine dauernde Unwirksamkeit zu erzielen. Bis 60° scheint beim Pepsin und Trypsin ein Ansteigen der Wirkung, jedoch unter schnellem Unwirksamwerden des Enzyms stattzufinden. Die Schutzwirkung von Kolloiden auf Proteasen bei höheren Temperaturen ist noch nicht vöUig aufgeklärt (9). Bei 80° wird Magenpepsin rapid zerstört, und auch die Trypsinwirkung hört bei 75—80° schnell auf. Für Trypsinlösungen gab Edie (1 0) an, daß sie bei saurer Reaktion noch nach dem Kochen nicht unbeträchtliche Wirkung zeigen, nicht aber bei neutraler oder alkalischer Reaktion. Relativ thermostabil ist das Papain, dessen Temperaturmaximum zwischen 80° und 95° liegt (11). Am widerstandsfähigsten sind anscheinend 1) Vgl. S. P. L. Sörensen, Compt. lend. Cailsberg, 7, 1 (1907). A. R. Smith, Pharm. Journ. (4), 35, 137 (1912). J.Christiansen, Biochem. Ztsch., 46, 50 (1912); ebenda, p. 71. Henriques u. Gjaldbaek, Ztsch. physiol. Chem., 75, 363 (1911). Zur Frage der Vollständigkeit der Proteo- u. Peptolyse: Andersen, Biochem. Ztsch., 70, 344 (1915). Erepsinwirkung u. Formoltitrierung : F. E. Rice, Journ. Amer. Chem. Soc, 37, 1219 (1915). Bei Erepsin spielt auch die Natur der Polypeptide außer der Fermentmenge mit: Abderhalden u. Fodor, Fermentforsch., i, 533 (1916). — 2) Segelcke u. Storch, -Ugeskrift for Landmaend (1870). — 3) Soxhlet, Milchzgt. (1877). E. Fuld, Hofmeist. Beitr., 2, 169 (1902). Reichel u. Spiro, Ebenda, 7, 485 (1905); 8, 15 (1906). Für pflanzliches Labferment: G. Gerber, Soc. BioL, 63, 575 (1907). — Hingegen bestreitet G. Becker, Hofmeist. Beitr., 7, 89 (1905) die Regel für das menschliche Labferment. Messung der Gerinnungsgeschwindig- keit: Hammarsten, Ztsch. physiol. Chem., 92, 119 (1914). — 4) H. Koettlitz, Arch. intern, de Physiol., 5, 140 (1907). — Labbestiramung: L. Blum u. E. Fuld, Berlin, klin. Woch.schr., 42, 107 (1905). W. van Dam, Landw. Vers.-Stat., 78, 133 (1912). — 5) P. Hari, Pflüg. Arch., 12 j, 459 (1908). — 6) F. Klug, Pflüg. Arch., 60, 65 (1895); Oguro, Biochem. Ztsch., 22, 278 (1909). — 7) L. Camus u. Gley, Compt. rend,, 125, 256 (1897). — 8) A. Biokel, Biochem. Zentr., 4, Ref. 1020. — 9) Vgl. K. Ohta, Biochem. Ztsch., 44, 472 (1912). A. J. Vandevelde. Ebenda, 18, 142 (1909). D. H. DE SouzA, Journ. of Physiol., 43, 375 (1911). — 10) E. St. Edie, Biochem. Journ., 8, 84 (1914). Schutzwirkungen: Lombroso, Arch. farra., sper., 18, 404 (1914). — 11) V. Harlay, Journ. Pharm, et Chim. (6), .10, 105 36 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. die Labenzyme; Bacterienchymosin wird bei 63—75° zerstört. Nach Hansen verträgt das Chymosin des Ficus- Milchsaftes noch kurzdauerndes Kochen (1), und nach GoRiNi (2) wird das Labferment des Bacterium prodigiosum erst nach halbstündigem Sieden zerstört. Allerdings hat man dabei verschiedene Schutzwirkungen zu berücksichtigen, unter denen Salz- gehalt bei den Labenzymen eine große Rolle zu spielen scheint (3). Be- sonders Gerber (4) hat in zahlreichen Studien den verschiedenen hemmen- den Einfluß hoher Temperaturen auf pflanzliches Chymosin beleuchtet und gibt für BROUSSONETIA-Lab ein Maximum von 90° an, während Galium- lab schon bei 62° schwächer zu werden beginnt. Analogen Ergebnissen begegnen wir in der Arbeit von Bruschi (5), wo für Ricinus ein Maximum von 67°, für Ficus 95°, für Phytolacca eine Erniedrigung des Optimums mit Fortschritt der Vegetationsentwicklung von 55° auf 37° angegeben wird. Trockene Hitze vertragen, wie A. Schmidt, Salkowski (6) und andere Autoren fanden, die meisten proteolytischen Enzyme ungeschädigt bis 100°. Nach Fermi und Pernossi (7) wird trockenes Trypsin erst bei 160° ganz unwirksam. Erepsin fand Kobzarenko (8) bei 58° zerstört. Welche ungemein große Bedeutung die Gegenwart bestimmter Kon- zentrationen von Wasserstoffionen auf die Wirkung proteolytischer Enzyme haben kann, ist seit alten Zeiten vom Magenpepsin wohl bekannt. Ebenso weiß man schon seit der ersten Bekanntschaft mit Trypsinwirkungen, daß dieselben bei leicht alkalischer Reaktion am intensivsten sind. Bei pflanz- lichen Proteasen sind im allgemeinen die Grenzen durch ein Übermaß von saurer und alkalischer Reaktion nicht so eng gezogen, und viele Wirkungen äußern sich sehr gut bei neutraler Reaktion. So scheint auch nach den Ver- suchen von Öelakovsky an Myxomycetenplasmodien die Reaktion des Vacuolensaftes auf die Eiweißverdauung innerhalb derselben keinen be- sonderen Einfluß zu besitzen (9). Die Rolle der Salzsäure bei der Pepsinwirkung hat zu manchen inter- essanten Diskussionen Anlaß gegeben, und man kann noch nicht sagen, daß alle Punkte aufgeklärt wären. Daß freie H -Ionen zur Pepsinwirkung nicht nötig seien, wie Schütz (10) annahm, wird von vielen anderen Forschern bestritten, und die am besten begründete Ansicht ist die, daß die Wirkungen der Säure und des Pepsins parallel gehen, jedoch die Säurewirkung bedeutend schwächer sei, als die Fermentwirkung (11). Das Säureoptimum wurde früher meist zwischen 0,2—0,4% HCl angegeben, doch hängt nach den Untersuchungen von A. Müller (12) das Optimum von der Eiweißkonzen- tration ab und liegt höher, wenn die Substratkonzentration größer ist. Dies hängt offenbar mit der durch Rohonyi nachgewiesenen Bindung der H "-Ionen durch die Spaltungsprodukte zusammen. Die verschiedenen Säuren (1899). E. PozERSKi, Ann. Pasteur, 23, Heft 3 (1909). Contrib. ä l'^tude de la papaine. Sceaux 1908. 1) A. Hansen, I. c. 1885. — 2) Gorini, Zentr. Bakt., I, 12, 666. — 3) Vgl. M. 'Siegfeld, Milchwirtsch. Zentr., 3, 426 (1907). — 4) C. Gerbeb, Compt. rend., J45, 92 (1907); ebenda, 284, 147, 1320 (1908); 14S, 124 (1909). Soc. Biol., 65, 739; 66, 1222; 67, 318 (1909); 74, 1336 (1913). — 5) D. Bruschi, Atti Acc. Line. (5), 16, 11, 330 (1907). — 6) A. Schmidt, Z.ntr. med. Wiss. (1876), Nr. 29. Salkowski, Yirch. Arch., 70, 158. — 7) Permi u. Pernossi, Zentr. Bakt., 15, 229 (1894). — 8) S. Kobzarenko, Biochem. Ztsch.. 66, 344 (1914). — 9) L. Celakovsky jun., Flora 1892, Erg.bd., p. 237. — 10) J. Schütz, Wien. klin. Woch.schr., 44 (1907); Biochem. Ztsch., 22, 33 (1909). — 11) E. Abderhalden u. Steinbeck, Ztsch. physiol. Ghem., 68, 293 (19i0). H. Rohonyi, Biochem. Ztseh., 44, 165 (1912). — 12) A. Müller, Arch. klin. Med., 88, 522 (1907); 94, 27 (1908). Wirkung gebun- dener HCl im Chlorhydrat von Betain und Glutaminsäure: J. H. Long, Joiun. Amer. Chem. Soc, 37, 1333 (1915). § 6. Allgemeine Gesichtspunkte hinsichtlich der Eiweiß spaltenden Enzyme. 87 wirken, wie vorauszusehen, im allgemeinen parallel ihrer elektroLytischen Dissociation, d. h. das Wasserstoffion ist das wirksame Agens (1). Okada (2) findet die optimale Reaktion für Pepsin bei 4 • 10"^ für das proteolytische Enzym im Takaferment 8,5 • 10"^ Ringer (3) für Pepsin bei pg = l,9. Es ist eine in neuerer Zeit von mehreren Seiten (0. Loeb, Christiansen, Michaelis) (4) geäußerte aussichtsvolle Hypothese, daß bei den Fermentwirkungen die ionisierten Anteile der Enzyme, deren Eigen- schaften wir etwa dem ionisierten Eiweiß vergleichen könnert, das wirksame Agens seien und nicht die Fermentmolekel. So würden sich sehr einfach die fördernden Wirkungen von Säuren oder Alkalien auf die Enzymwirkungen als ionisierende Einflüsse erklären lassen Auch muß die Ionisierung des Substrateiweißes für die Bildung der ersten Abbauprodukte eine große Bedeutung haben, da allgemein mit der Ionisierung eine Viscositätsabnahme und Quellungszunahme verbunden ist. Bei der Labgerinnung findet kein Verbrauch von H '-Ionen statt (5). Kleine Säuremengen unterstützen sowohl die Wirkung von Kälberlab (6) als auch pflanzUche Chymosinwir- kungen. Doch scheinen bei den letzteren nach Gerber (7) manche Kom- plikationen vorzuüegen, so daß auch der umgekehrte Effekt: Hemmung durch kleinere und Förderung durch größere Säuredosen herauskommen kann. Das nach Green (8) gleichfalls durch Säure geförderte Enzym von Drosera und Nepenthes ist in neuerer Zeit nicht mehr dahingehend geprüft worden. Sowohl Pepsin als Magenlab wird sehr leicht durch alkaUsche Re- aktion angegriffen, und es gelingt nur sehr wenig das Pepsin durch nach- trägliches Ansäuren wieder zu retten (9). Das Pankreastrypsin wirkt am besten in schwach alkahscher Lösung, entsprechend 0,2 bis 0,4% NagCOg. K anitz (1 0) fand die optimale Alkalescenz entsprechend 770—^/200 n OH'-Ionen. Nach Long und Hüll (11) liegt für die tryptische Fibrinverdauung das Optimum bei einer H*- Konzentration von 1 • 10"^ bis 5 • 10"^. Nach Palitzsch und Walbum liegt das Optimum bei niederer Temperatur der Neutralität näher als bei höheren Temperaturen (12). Rostock (13) gibt als 1) Larin, Biochem. Zentr. (1903), Ref. 1043. Hübner, Fortschr. Mediz., 12, 163 (1894), M. Hahn, Virch. Arch.. jj;, 597 (1894). Wroblewski, Ztsch. physiol. ehem., 2x, 1 (1895). Stutzer, Landw. Vers.stat., jS, 257 (1891). Klug, Pflüg. Arch., 65, 330 (1896). Disdier, .Tourn. Pharm, et Chim., (6), 18, 594 (1903); 21, 5 (1905). Lawrow, Ztsch. physiol. Chem., ^j, 447 (1905). N. P. Tiohomiroff, Biochem. Zentr., 5, 601 (1906). Simultan Wirkung verschiedener Säuren: W. N. Berg u. W. J. GiES, Journ. biol. Chem., 2, 489 (1907). — 2) S. Okada, Biochem. Jourii., 20, 126 u. 130 (1916). — 3) W. E. Ringer, Arch. n6erland. Physiol., 2, 571. -- 4) J. Loeb, Biochem. Ztsch., ig, 534 (1909). Michaelis u. Davidsohn, Ebenda, j6, 280 (1911). J. Christiansen, Ebenda, 47, 226 (1912). „Vermittlerrolle" des Fermentes zwischen Fibrin und Säure: H. Leo, Ztsch. physiol. Chem., 46, 286 (1905). — 5) 0. Allemann, Biochem. Ztsch., 45, 346 (1912). — 6) Pfleiderer, Pflüg. Arch., 66, 605 (1897). W. van Dam, Ztsch. physiol. Chem., 6z, 147 (1909); 55. 295 (1909). Michaelis u. Mendelsohn, Biochem. Ztsch., 65, 1 (1914). — 7) C. Gerber, Compt. rend., 14.6, 1111 (1908). Soc. biol., 64, 783, 982, 1176 (1908). — 8) R. Green, Phil. Trans. Roy. Soc, lyS, 39 (1887). Ann. of. Bot., 7. H2. — 9) N. P. TiCHOMiROW, Ztsch. physiol. Chem., 55, 107 (1908). Nagayo, Zentr. Physiol., 7, 499 (1893). Lab: A. H. Moseley, Proc. Linn. Soc. N. S. Wales, jj, Pt. 4 (1906). Langley, JourA. of Physiol., j, 259 (1893). Empfindlichkeit gegen Alkali: Hammarsten, Ztsch. physiol. Chem., 94, 291 (1915). Lenard. Biophem. Ztsch., 60, 43 (1914). — 10) A. Kanitz, Ztsch. physiol. Chem., J7, 75 (1902). — 11) J. H. Long u. Hüll, Journ. Amer. Chem. Soc, J9, 1051 (1917). — 12) Sv. Palitzsch u. L. E. Walbum, Compt. rend. Carlsberg, 9, 200 (1912). Biochem. Ztsch., 47, 1 (1912). — 13) G. D. Bostock, Ztsch. physiol. Chem., 85, 471 (1913). Zerstörung von Trypsin in alkalischer Lösung; Mellanby u. Woolley, Joiu^n, of Physiol., 48, 287 (1914). 88 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflauzl. Proteinstoffe. das Optimum für die Pankreasverdauung 1,2 — 1,8 ^'o Soda an. Nach Robert- son wird bei der Trypsinwirkung die OH'-Konzentration ähnlich geändert, wie die H'- Konzentration bei der Pepsinwirkung (1). Die Auffassung der tryptischen Verdauung als Wirkung des ionisierten Anteiles des Enzyms hat Michaelis (2) näher ausgeführt und gezeigt, daß die Wirkung genau dem Anionengehalt der Enzymlösung entspricht, so daß man nur die Trypsin- anionen als das wirksame Agens betrachten kann. Denselben Nachweis haben Rona und Arnheim für das Erepsin geführt (3). Nach Euler (4) vermehren die OH'-Ionen die Reaktionsgeschwindigkeit der peptolytischen Enzyme und verhindern die Hemmung durch die Reaktionsprodukte. Das Papain ist gegen Alkali viel empfindlicher als Trypsin, doch ist auch hier nach Sachs (5) alkalische und neutrale Reaktion für die rasche Wirkung bei höherer Temperatur günstiger als die saure. Jene Säurekonzentrationen, die das Optimum für Pepsin darstellen, verhindern die Papainwirkung ganz (6). Das gleiche scheint für Bromelin zu gelten (7). Planmäßige Feststellungen über den Einfluß von Elektrolyten aus der Reihe der Neutralsalze wären für tierische und pflanzliche Proteasen sehr erwünscht. Aktivierende Wirkungen sind mehrfach beobachtet. So wirken Phosphate aktivierend auf proteolytische Enzyme (8), ebenso auf die Wü-kung pflanzlicher Chymosine nach Gerber (9). Hingegen wurde eine verzögernde Wirkung von Alkaliphosphaten auf die Wirkung tierischen Labfermentes gefunden. Gerber berichtete sodann auch über Labungs- förderung durch Natriumsulfat und Natriumchlorid (10). Wie das von Malfitano (11) beobachtete Phänomen aufzufassen ist, daß Kochen mit NaCl die Verdauhchkeit festen Eiweißes fördert, ist zweifelhaft. Natrium- fluorid beschleunigt nach Gerber (12) die Pflanzenlab Wirkung ebenso stark wie Chlorid, doch fehlt diese Wirkung nach Vandevelde (13) bei Pepsin und Trypsin. Gut bekannt ist die durch ZuNZ, Delszenne (14) und andere Forscher studierte Aktivierung von Pankreasferment durch Calcium- und Magnesiumsalze. Dieselbe erfolgt in sehr geringen Konzen- trationen und ist offenbar mit lonenadsorption verbunden. Die Labwirkung fand Briot (15) durch kurzdauerndes Einleiten von CO 2 ebenso wie durch 0,02% CaClg stark beschleunigt. Die allgemein zu beobachtende Fermenthemmung durch größere Salzkonzentrationen ist natürlich eine Löslichkeitsveränderung. Levites(16) untersuchte dieselbe für Pepsin und fand, daß wie bei Eiweiß der Einfluß der Salzanionen stark hervortritt. Pepsin wird erst durch 20% NaCl voll- 1) T. Br. Robertson u. Schmidt, Journ. Biol. Chem., 5, 31 (1908). — 2) L. Michaelis u. H. Davidsohn, Biochem. Ztsch., 30, 481 (1911). — 3) P. Rona u. F. Arnheim, Ebenda, 57, 84 (1913). — 4) H. Exjler, Ark. för Kemi, 2, Nr. 39 (1907). — 5) Fr. Sachs, Ztsch. physiol. Chera., 51, 488 (1907). — 6) J. R. Rippetoe, Joiun. Industr. and Eng. Chem. (1912), p. 517. — 7) J. S. Cäldwell, Botan. Gaz., 39, 407 (1905). Auch das Enzym des Calotropis-Milchsaftes wirkt in alkalischer Lösung besser als in neutraler: Gerber u. Flourens, Compt. rend., 157, 600(1913). — 8) A. Fernbach u. M. Schoen, Compt. rend., 153, 133 (1911). — 9) C. Gerber, Soc. biol., 64 (1908); A. Zimmermann, Journ. Ind. Eng. Chem. (1912), p. 506. — 10) C. Gerber u. S. Ledebt, Compt. rend., 145, 577 (1907). — 11) G. Malfitano, Ebenda, 141, 912 (1905). Leichtere tryptische Verdauung gekochten Eiweißes fand B1ZARR0, Journ. of Physiol., 46, 267 (1913); doch greift Pepsin ungekochtes leichter an. — 12) C. Gerber, Compt. rend., 145, 689 (1907). — 13) A. J. Vandevelde u. Poppe, Biochem. Ztsch., 28, 134 (1910). Über Fluorid ferner: Freudenreich, Kochs Jahresber. (1893), p. 291. Arthus u. Huber, Compt. rend., 115, 839. — 14) E. ZuNZ, Bull. Soc. Roy. Bruxell., 64, 28, 198 (1906); C. Delezenne, Compt. rend., 141, 914 (1905); 144, 388 (1907). — 15) A. Briot, Journ. de Physiol., 9. 784 (1907). Vgl. auch Mellanby, Journ. of Physiol., 45, 345 (1912). — 16) S. Levites, Ztsch. physiol. Chem., 48, 187 (1906). § 6. Allgemeine Gesichtspunkte hinsichtlich der Eiweiß spaltenden Enzyme. 89 ständig gehemmt (1). Bei der Hemmung der Trypsinwirkung durch Salze fand KuTO (2) die lyotrope Anionenreihe wieder, und Sulfate wirkten am stärksten. Bezüglich der Polypeptasen liegen Angaben von Abderhalden (3) vor. Die Wirkung von Erdalkalihydroxyden auf Trypsinverdauung wiu'de durch DiETZE (4) geprüft. Daß Schwermetallsalze als eiweißfällende Agentien auf Proteolyse stark hemmend wirken, ist eine altbekannte Sache und be- sonders über die Wirkung verschiedener Schwermetallverbindungen auf die Labwirkung liegen genaue Angaben von Gerber und früher schon von BoKORNY vor (5). Arsenite und Arsenate scheinen keinen nennenswerten Einfluß zu haben (6). Borsaure Salze hemmen wohl nur durch ihre hydro- lytische Spaltung. Die Hemmung durch Wasserstoffperoxyd hat Gerber (7) am Labferment verfolgt. Bei Laqueur und Brünecke (8) sind Angaben über die Wirkung von Gasen, Sauerstoff unter erhöhtem Druck und Kohlen- säure (N-Gas war ohne jede Wirkung), auf das Labferment einzusehen. Von der Wirkung organischer Stoffe auf proteolytische Ferment- prozesse muß zunächst der Wirkung der Narkotika gedacht werden. Alkohol- zusatz zum Verdauungsgemische hemmt (Thibault) (9); auch wird Pepsin beim Stehen unter absolutem Alkohol langsam unwirksam. Praktisch wichtig ist es, daß Äther, Chloroform nach den übereinstimmenden Angaben von Laur^in, Dubs, Permi, Delezenne, Kaufmann und anderen Au- toren (10) unzweifelhaft hemmend wirken. Dem letztgenannten Autor zu- folge hemmt 24 stündige Einwirkung von Chloroformwasser eine 0,l%ige Trypsinlösung noch deutlich und verhindert die Wirkung einer 0,02%igen Lösung gänzlich. Toluol ist etwas weniger schädlich. Die beim Pepsin beobachtete Wirkungshemmung durch freie Aminosäuren beruht nur auf Bindung von Salzsäure durch dieselben (11). Schädigung ist ferner bekannt durch Thymol, manche Alkaloide, Formaldehyd, Blausäure, Terpene, ätherische Öle, Anilinfarben usw. (12). Papainwirkung soll jedoch durch Blausäure beschleunigt werden (13). 1) W. N. Berg, Chem. Abstr. (1912), p. 3098. W. Hamburger, Arch. Int. Med., i6, 366 (1915). — 2) T. Kudo, Biochem. Ztsch., 15, 473 (1909). — 3) E. Abderhalden, Caemmerer u. Pincussohn, Ztsch, physiol. Cham., 59, 293 (1909). Über Neutralsalawirkung noch: Peters, Diss. Rostock 1894 (Lab). F. Krüger, Biochem. Zentr. (1903), Ref. 1044. Neumeister, Lehrbuch (1897), p. 245. Weitzel, Arb. Kais. Gesunndh.-Amt, 79, 126 (1902). Mays, Ztsch. physiol. Chem., 38, 495 (1903). J. Schütz, Hof meist. Beitr., 5, 406 (1904). Trypsin: H. R. Weiss, Ztsch. physiol. Chem., 40, 480 (1903). — 4) Dietze, Chem. Zentr., 1902, I, 328. — 5) C. Gerber, Soc. Biol., 68, 937 (1910); 6g, 102 u. 216 (1910); ebenda, 211, 213, 106; Compt. rend., 150, 1357 (1910). Th. Bokorny, Chem.-Ztg., 1901, Nr. 1. — 6) Schäfer, Verhandl. Würzb. phys. med. Soc. (1872), p. 238. — 7) Gerber, Soc. Biol., 72, 881, 946, 1002 (1912). — 8) E. Laqueur u. K. Brün- ecke, Ztsch. physiol. Chem., 81, 239 (1912). — 9) Thibault, Journ. Pharm, et Chim. (6), 15, 5 (1902). Über Alkoholwirkung ferner: Edie, Biochem. Journ., 13, 219 (1919). — 10) Lauren, Chem. Zentr. (1895), II, 1128. Dubs, Ebenda (1894), II, 59.; Permi u. Pernossi, Bakter. Zentr., 15, 229 (1894). Delezenne u. Pozerski, Soc. Biol., 55, 690 (1903). Kaufmann, Ztsch. physiol. Chem., 39, 434 (1903). Bartels, Virch. Arch., 130, 497(1893). Grober, Pflüg. Arch., 104, 109 (1904). Hefe- enzym: R. 0. Herzog u. F. Hörth, Ztsch. physiol. Chem., 52, 432 (1907). — 11) H. Jastrowitz, Ztsch. Biochem., 2, 157 (1906). — 12) Thymol: Kaufmann, 1. c. Alkaloide: Wroblewski, Ztsch. physiol. Chem., 21 (1895). L. Camus, Soc. Biol., 60, 264 (1906) für Hordeninsulfat. Formaldehyd: Johannessohn, Biochem. Ztsch., 83, 28 (1917). Sawamura, Agric. Coli. Tokyo (1902), p. 265; T. M. Price, Biochem. Zentr., j, Ref. 1386. Äther, öle: Simons, Chem. Zentr., 1897, II, 904; Anilinfarben: Winogradow, Biochem. Zentr. (1903), Ref. 471 u. 1997. Houghton, Journ. Amer. Chem. Soc, 2g, 1351 (1907). Vgl. auch Vines, Ann. of Bot., 17, 597 (1903). Sulfocyansäure: Cavazzani u. Avite, Arch. ital. Biol., 60, 35 (1914). — 13) Mendel u. Blood, Journ. Biol. Chem., 8, 177 (1910). 90 Zweiunddreißigates Kapitel: Die physik. a. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe Hervorzuheben ist, daß Pankreastrypsin durch Pepsin- HCl zerstört wird, aber nicht umgekehrt Pepsin durch Trypsin. Dies hängt wohl von der Reaktion des Mediums ab (1). Ähnlich verhält sich auch Papain zu Pepsin nach''HARLAY (2). Papain und Pankreastrypsin zerstören einander jedoch nicht. Schutzwirkungen von Eiweißstoffen und Aminosäuren gegen die zerstörende Wirkung stärkerer Lösungen von Soda auf Pankreasferment hat Vernon (3) beobachtet; dieselben sind durch die erfolgende Alkali- bindung wohl ohne weiteres verständlich. In der Autolyse ist Pepsin am wenigsten resistent: Erepsin behält seine Wirkung monatelang (4). Über Profermente oder Zymogene liegen auf dem Gebiete pflanzlicher und tierischer Proteasen reichUche Angaben vor. Langley und Edkins (5) gaben vom Magensafte hungernder Tiere ein Pepsinogen an, welches im Gegensatze zum Pepsin gegen Alkalien widerstandsfähig ist. Das Pepsinogen ging schon beim Stehen an der Luft, durch Säureeinfluß, besonders bei höherer Temperatur, leicht in Pepsin über. Vines (6) nahm für Nepenthes das Vorkommen eines Zymogens an, weil Behandlung mit verdünnter Essigsäure die Wirkung des Glycerinextraktes aus den Kannen sehr steigerte. Über das Protrypsin der Pankreasdrüse existiert eine reiche Literatur (7). Noch mehr Interesse hat dieser Gegenstand erregt, seit Pawlow nach- gewiesen hat, daß die Verwandlung von Protr3rpsin in Trypsin durch ein Fer- ment, die Enterokinase, beeinflußt wird, welches gleichsam das „Ferment eines Fermentes" darstellt (8). Die Löslichkeit der Enterokinase in starkem Alkohol spricht nicht unbedingt, wie Oppenheimer (9) meint, gegen ihre Enzymnatur, da es andere Enzyme gibt, die gleichfalls m starkem Alkohol löslich sind, wie z. B. die Chlorophyllase. Nach Vernon geschieht die Aktivierung von Trypsinogen durch ein Ferment Deuterase. Über die Vorstufe des Labferments, das Prochymosin, hat Pribram und Stein berichtet (1 0). Die verschiedenen früher aufgestellten Theorien über die Wirkungs- weise der proteolytischen Enzyme haben kaum mehr ein aktuelles Interesse. Tatsächlich ist über die Natur des Vorganges nicht das mindeste bekannt. Wir haben aber Grund genug um an der Ansicht festzuhalten, daß es sich um hydrolytische Wirkungen auf die Gruppierung — CHg • CO • NH • CHj — 1) Vgl. J. H. Long, Biochem. Bull., j, 80 (1913). Arch. int. Med., 13, 314 (1914); ferner Edie, Biochem. Journ., 8, 193 (1914). Long, Journ. Amer. Chem. Soc, 3S, 1620 (1916); 39, 162 (1917). — 2) V. Harlay, Journ. Pharm, et Chim. (6), II, 466 (1900). — 3) Vernon, Journ. of Physiol., jj, 346 (1904). Trypsin wird durch Glykokoll, Alanin, Leucin deutlich aktiviert: J. Wohlgemuth, Biochem. Ztsch., 2, 264 (1906). — 4) G. Falco, Arch. di Farm., 22, 246 (1916). — 5) Langley u. Edkins, Journ. of Physiol., 7, 371 (1886). Chapoteaut, Compt. rend., 94, 1722 (1882); PoDWYSSOTZKi, Pflüg. Arch., 50, 62 (1886). Ebstein u. Grijtzner, Ebenda, 8, 143 (1874). — 6) S. H. Vines, Joiirn. Linn. Soc, 15, 427 (1877). Ann. of Bot., II (1897). Hoppe-Seyler, Pflüg. Arch., 14, 396 (1877) bemühte sich vergeblich, aus Drosera ein Zymogen darzustellen. — 7) Heidenhain, zit. bei Hoppe-Seyler, Lehrb. d. physiol. Chem., p. 261. Podolinski, Pflüg. Arch., 10, 557; jj, 422. Weiss, Virch. Arch., 68, 413. Vernon, Journ. of Physiol., 28, 448 (1902). E. Hekma, Journ. Physiol. et Pathol. G6n. (1904), Nr. 1. Arch. Anat. u. Physiol. (1904), p. 434. Vernon, Journ. of Physiol., 47, 325 (1913); MellanbY u. Woolley, Ebenda, p. 339; Biochem. Journ., 8, 494 (1914). — 8) Vgl. Cohnheim, Biochem. Zentr. (1903), p. 170. PopiELSKi, Zentr. Physiol. (1903), Nr. 3. Vernon, Zentr. Physiol., 27, 841 (1913). J. Mellanby u. Woolley, Journ. of Physiol., ^5, 370 (1912); 46, 159 (1913). Das Sekretin wirkt auf die quantitative Fermentprodukte des Pankreas indirekt; vgl. L. Popielski, Zentr. Physiol., 19, 801 (1905); Dixon u. Kamill, Journ. of Physiol., 38, 314 (1909). — 9) Oppenheimer, Die Fermente, 3. Aufl., Bd. II, p. 211 (1910). — 10) E. Pribram u. E. Stein, Zentr. Bakt., II, 28, 537 (1910). Früher Hammarsten, Lehrbuch (1896), p. 154. Gkützner, Pflüg. Arch., 16, 118 (1878). G. LöRCHER, Ebenda, 69, 188 § 6. Allgemeine Gesichtspunkte hinsichtlich der Eiweiß spaltenden Enzyme. 91 unter Anlagerung von Wasser und Lösung der -CO-NH' Verbindung handelt, und um katalytische Beschleunigungen solcher Wirkungen, wenn man auch zugeben muß, daß diese Anschauung in manchen Punkten noch einer näheren Begründung bedarf. Synthetische Effekte der Proteasen auf konzentrierte Lösungen der Eiweißspaltungsprodukte sind zwar angegeben, so von Taylor (1) bezüglich der Wirkung von Trypsin auf die Hydrolysen- produkte von Protamin, wobei das Ausgangsmaterial wieder entstanden sein soll; ferner von Robertson (2) über Eiweißsynthese durch Pepsin, doch sind eingehende Studien darüber seither nicht angestellt worden. Abderhalden (3) untersuchte die Synthesenfrage in Aminosäuren- gemischen aus autolysierten Organen mit dem Ergebnis, daß nur das aus dem eigenen Organ stammende Aminosäurengemisch von Organ-Macerations- säften vermindert wurde ; es würde sich um spezifische Wirkungen handeln. Die zu erwartende Hemmung der Reaktion durch die Endprodukte fand Walters (4) bei der tryptischen Caseinverdauung nur sehr wenig aus- gesprochen. Daß sich die Wirkungen zweier gleichzeitig anwesender Enzyme nicht einfach summieren müssen, zeigt die Beobachtung von Fischer und Abderhalden (5), wonach bei kombinierter Wirkung von Pepsin- HCl und Pankreasenzym eine stärkere Hydrolyse eintritt, als mit Trypsin allein. Auch nach Levene und Stookey (6) können zwei proteolytische Enzyme in Mischung eine stärkere Wirkung entfalten, als der Summe der Einzel- effekte entspricht. SchließUch wäre noch der Antiproteasen zu gedenken, an deren Tätig- keit man manchmal, wie es Scheint, nicht mit der gehörigen Begründung die Widerstandsfähigkeit lebender Gewebe gegen anwesende proteolytische Enzyme geknüpft hat (7). Eine erschöpfende Kritik der einschlägigen Fragen, die auch für die Wirkung pilzlicher Parasiten auf Pflanzengewebe Interesse hat, findet sich von Fermi (8) gegeben. Es scheint nicht, als ob man die Nichtangreifbarkeit lebender Zellen, welche oft hervorgehoben wird, durch die Gegenwart von Antiproteasen erklären könne, welche die Fermente der Parasiten paralysieren. Ebensogut ist es abermöglich, daß im lebenden Plasma komplexe Proteide, die von den Proteasen nicht angreifbar sind, jenen Schutz gewähren, der erst nach deren Spaltung aufhört. Besonders wäre an die Beobachtung Biedermanns zu erinnern, daß Trypsin das Plasma der Blattzellen von Elodea direkt nicht angreift, wohl aber nach vorhergehender Entfernung der Zell-Lipoide. Übrigens sind nicht immer lebende Gewebe gegen Trypsin refraktär (9), was man auf dem angegebenen Wege gleichfalls verständlich finden könnte. Mikroben greifen nach Fermi (1 0) Trypsin nicht an. Die Frage nach der Spezifität der Proteasen ist noch nicht in allen Teilen entschieden. Während manche Forscher (11) der Ansicht sind, daß eine 1) A. E. Taylor, Journ. Biol. Chem., 3, 87 (1907). — 2) T. Br. Robertson, Ebenda, p. 95. — 3) Abderhalden, Fermentforschung, /, 47 (1914). — 4) E. H. Walters, Journ. biol. Chem., 12, 43 (1912). — Zum Mechanismus der Hydrolyse: P. HÄRi, Pflüg. Arch., 115, 82 (1906). —5) E. Fischer u. E. Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., 40, 216 (1903). — 6) P. A. Levene u. L. B. STOOcKEy, Amer. Journ.. of Physiol., 12, 1 (1905). —7) Antitrypsin: K. Meyer, Biochem. Ztsch., 23, 68(1909), R. Chiarolanza, Med.nat. Arch., 2. 43 (1909). E. Zunz, Bull. See. Roy. Brux.. 64, 28 (1906). Antipepsin: L. Blum u. E. Fuld, Ztsch. klin. Med., 5S, 505 (1906). — 8) Cl. Fermi, Zentr. Bakt., I, 56, 55 (1910). Arch. Farm. Spcr., 10, 1 (1911), Langenskiöld, Naturwiss., 2, 883 (1914); Kirchheim u. Böttner, Arch. exp. Path. 78, 99 (1914); Best, Zieglers Beitr. path. An., 60, 170 (1914); E. Haase, Ferment- forsch., j, 437 (1916). — 9) Vgl. L. Kirchheim, Arch. exp. Pathol, 56, 352 (1912). — 10) Cl, Fermi, Zentr. Bakt., I. 52, 252 (1909). — 11) K. Kiesel, Pflüg. Arch., Z08, 343 (1905). 92 ZweiunddreißigBtes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. weitgehende Spezifität der proteolytischen Zellfermente anzunehmen sei, kam Permi (1) in seinen eingehenden Studien zum Resultat, daß kein Grund für eine solche Annahme vorliegt. Doch hat bezüglich der Peptasen Abder- halden (2) Anhaltspunkte gewonnen, daß die Spaltung bestimmter Di- peptide nicht durch alle Pilzenzyme möglich ist. So spalteten der Preß- saft von Allescheria Gayoni, Rhizopus tonkinensis und Aspergillus Wentii 1-LeucyI-d-Leucin, während der Preßsaft aus Mucor Mucedo dieses Di- peptid nicht angriff. § 7. Hinweis auf qualitative und quantitative Methoden. Die wichtigsten qualitativen Erkennungsreaktionen für Eiweißstoffe (3), wie die Xanthoproteinreaktion, die wie die MiLLONSche Probe auf die aroma- tischen Gruppen im Eiweißmolekel zu beziehen ist (4), die Biuretprobe, die Alkaloidreaktionen usw. sind bereits im voranstehenden mehrfach er- wähnt und auf ihre Ursachen zurückgeführt worden. Hinsichtlich der Biuretprobe sei noch hinzugefügt, daß sie nach Hofmeister eine der emp- findlichsten Eiweißproben ist (5). Als gutes Reagens wird eine Mischung empfohlen, die man aus 1000 ccm 10%NaOH und 25 ccm 3% CUSO4 her- stellt (6). Auch die Tanninfällung gehört zu den empfindlichsten Eiweiß- reaktionen. Äußerst empfindliche Proben (7) sind sodann eine Reihe von Modifikationen der Sublimat-Eiweißfällung (8). Mit einer Lösung von 10 g Sublimat, 20 g Citronensäure und 20 NaClOg auf 500 Wasser weist man nach Jolles Eiweiß noch bis zu einer Verdünnung auf 120,000 nach. Verwendet werden ferner 2—5% Trichloressigsäure (9), Asaprol oder a-monosulfosaures/3-Naphtholcalcium (Riegler) (10), Sulfosalicylsäure nach R. Stein und G. Koch (11), Pikraminsäure (12), Uranacetat nach Kowa- LEWSKi(13), Chromatlösungen (14), Fällung mit xanthogensauren Salzen nach Zöller (15), die Purpurfärbung mit Goldchlorid und Ameisensäure 1) Cl. Fermi, Zentr. Bakt., 68, 433; 69, 465 (1913). Aixh. Farm. Sper., 15, 36 (1913). — 2) E. Abderhalden u. H. Pringsheim, Ztsch. physiol. Chem., 59, 249 (1909). Ferner: Abderhalden, Ebenda, 87, 220 u. 231 (1913). Abderhalden u. RiLLiET, Ebenda, 55, 395 (1908) für Psalliota. Für die tierische Darmverdauung: E. Fischer u. Abderhalden, Ebenda, 51, 264 (1907); Abderhalden, Ebenda, 47, 159, 346, 391, 466; 48. 537, 557 (1906); 49, 1, 31 (1906); 51, 294; 53. 251, 280. 294 (1907); 55, 371 u. 390 (1908); 78, 344 (1912). London, Ebenda, 47, 368 (1906). 0. Warburg, Ebenda, 48, 205 (1906). — 3) Zusammenstellung der Farbenreaktionen aus trockenem Ovalbumin bei C. Reichard, Pharm.-Ztg., 55, 158 (1910). Zusammen- fassung der Eiweißreaktionen bei Fr. Samuely, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.- meth., 2, 347 (1909). — 4) K. Inouye, Ztsch. physiol. Chem., 81, 80 (1912) isolierte Mononitrotyrosin aus den Produkten der Xanthoproteinprobe. — 5) F. Hofmeister, Ztsch. physiol. Chem., 4, 257 (1880). Schmidt-Mühlheim, Dubois Arch. (1879), p. 42. E. Schaer, Ztsch. analyt. Chem., 42, 51 (1903). L. Tschugaeff, Ber. ehem. Ges., 40, 1973 (1907). P. A. Kober u. Sugiura, Amer. Chem. Journ., 48, 383 (1912). A. W. Thomas, Biochem. Bull. 2, 556 (1913). V. Kons, Biochem. Zentr., 18, 41 (1914); Riegler, Ztsch. analyt. Chem., 53, 242 (1914). — 6) J. L. Kantor u. AV. Gies, Biochem. Bull., /, 264 (1912). — 7) S. die Angaben über Empfindlich- keitsgrenzen der Eiweißreagentien bei Rakusin, Chem. Zentr., 1916, II, p. 428. — 8) Spiegler, Ber. chem. Ges., 25, 375 (1892). Jolles, Ztsch. physiol. Chem., 21, 306 (1895); 81, 205 (1912). — 9) Obermayer, Wien, media. Jahrbücher (1888), p. 375. M. Claudius, Münch. med. Woch.schr., 38, 1964 (1914). — 10) Riegler, Chem. Zentr. (1895), I, 362 u. 1083; (1896), I, 332. —11) G. Koch, Ebenda (1889), II, 703; Jahresber. Agrik. Chem. (1889), p. 490. Chem. Zentr. (1901), II, 45; R. Stein, Chem. Zentr. (1898), I, 225; Praum, Ebenda (1901), II, 322. Bourceau, Soc. Biol. (1897), p. 317. — 12) Ostromysslenski, Journ. russ. phys..-chem. Ges., 47, 317 (1916). — 13) Kowalewski, Ztsch. analyt. Chem., 24, 551 (1886). — 14) R. S. Finch, Biochem. Bull., 4, 203; Leone, Boll. chim. farm., 57, 303 (1918). — 15) Ph. Zöller, Ber. chem. Ges., 13, 1062 (1880). § 7. Hinweis auf qualitative und quantitative Methoden. 93 nach Axenfeld(I), die violette Farbenreaktion mit aromatischen Alde- hyden bei Gegenwart von Eisensulfat und verdünnter Schwefelsäure nach Reichel (2), die Fällung mit Alkalipersulfat (3). Dazu kommen verschiedene Farbenreaktionen, die mit der Tryptophangruppe zusammenhängen, welche teilweise schon angeführt worden sind. Hinzugefügt seien die von VoiSE- NET (4) gefundene Probe: Violettfärbung mit sehr schwach nitrithaltiger Schwefelsäure und einer Spur Formaldehyd, ferner alle Proben mit Formol und Schwefelsäure bei Gegenwart etwas oxydierender Stoffe, wie Fe gl 804)3, die sich an die Glyoxylsäure-Probe anreihen (5), Zu den Tryptophanreak- tionen gehört auch die Reaktion nach Edlbacher (6): blaurote Färbung nach Schütteln mit Dimethylsulfat und NaOH und Unterschichten mit konzentrierter H2SO4. Die Blaufärbung beim Kochen von entfettetem Eiweiß mit Äther mittels Salzsäure (Liebermanns Probe) hängt nach van Ekenstein und Blanksma (7) einerseits von den Tryptophankernen, andererseits von abgespaltenem Furfurol ab. Rosenthaler (8) betrachtet auch die Probe mit Vanillin- HCl aJs Tryptophanprobe. Die Pettenkofer- sche Reaktion wieder weist, wie wir wissen, auf die Abspaltung von co-Oxy- methylfurfurol aus den Kohlenhydratgruppen des Eiweiß hin (9). Chinon gibt mit Eiweiß und Aminosäuren Rotfärbung (10). Die von Harden und NoRRis(ll) angegebene Diacetylreaktion von Eiweiß: Bildung eines vio- letten, rot fluorescierenden Farbstoffes durch Eiweiß mit Diacetyl in al- kalischer Lösung wird von verschiedenen Guanidindorivaten ebenso gegeben. Die von Arnold (12) verfolgte Reaktion mit Nitroprussidnatrium und Ammoniak, welche mit den Schwefelgruppen des Eiweiß zusammen- hängt, tritt in Gewebsschnitten gleichfalls ein, und wird auch von Poly- peptiden erzeugt. Von den Aminosäuren gibt nur das Cystein diese rote Farbenreaktion. Eine allgemeine Eiweißprobe ist sie nicht. Die Blau- färbung mit Triketohydrinden nach Ruhemann ist nach Abderhalden (13) Eiweiß sowohl als Proteosen und Aminosäuren eigen, allen Stoffen die gleich- zeitig freie N Hg- Gruppen und COOH- Gruppen enthalten. Oguro (14) 1) AxENFELD, Ber. ehem. Ges., ig, Ref. 186 (1886). — 2) C. Reichl, Monatsh. ehem., II, 155 (1890). — 3) C. Strzyzowski, Chem. Zentr. (1899), I, 151. — 4) E. VoiSENET, Bull. Soc. Chim. (3), 33, 1198 (1905). Breidahl, Biochem. Journ., 9, 36 (1915). VoiSENET, Compt. rend., 166, 789 (1918); Bull. Soc. Chim. (4), 27, 361 (1918). — 5) S. F. AcREE, Amer. Chem. Journ., 37, 604(1907); 0. Rosenheim, Biochem. Journ., j, 233 (1906). H. D. Darin, Journ. Biol. Chem., 2, 289 (1907). Triformoxim wendet statt Formol L. Lewin, Ber. chem. Ges., 46, 1796 (1913) an. Zur Hinderung der Probe von Adamkiewicz durch Anwesenheit von HNOs — Spuren: Mottram, Biochem. Journ., 7, 249 (1913). Tryptophanprobe bei verschie- denen Eiweißkörpern: Th. B. Osborne u. J. F. Harris, 25, 853 (1903). — 6) S. Edlbacher, Ztsch. physiol. Chem., 105, 240 (1919). — 7) W. A. van Ekenstein u. J. Blanksma, Chem. Weeklbl., 8, 313 (1911). Über Indolproben der Proteine ferner: C. Fleig, Ann. Chim. appl. anal., 13, 421 (1908); F. A. Steensma, Ztsch. physiol. Chem., 46, 25 (1906); Grimmer, Milchwirtsch. Zentr., j, 296 (1907). — 8) L. Rosenthaler, Apothek.-Ztg., 22, 678 (1907). — 9) Vgl. J. Ville u. E. Derrien, Bull. Soc. Chim. (4), 5, 895 (1909); Guerin, Journ. Pharm, et Chim. (6), 28, 54 (1-908). Fleig, 1. c. (1908). — 10) M. Raciborski, Bull. Acad. Cracovie, Juli 1906. — 11) A. Harden u. D. Norris, Journ. of Physiol., 42, 332 (1911). — 12) W. Arnold, Anzeig. Akad. Krakau A (1910), 56, 61. Ztsch. physiol. Chem., 70, 300 (1911). — 13) E. Abderhalden u. H. Schmidt, Ebenda. 72, 37 (1911); 81, 493 (1912). Hierzu: Herzfeld, Biochem. Ztsch., 5g, 249 (1914); Howe, Biochem. Bull., 3, 269 (1914); Deetjen u Fränkel, Münch. med. Woch.schr. 1914, p. 466; Deniges, Bull. Soc. Pharm. Bordeaux, 54, 49 (1914), Neuberg, Biochem. Ztsch., 6y, 56 (1914); Fränkel, Ebenda, p. 298; Harding u. Warneford, Journ. Biol. Chem., 25, 319 (1916); ebenda, p. 337; 30, 205 (1917). Retinger, Journ. Amer. Chem. Soc, 3g, 1059 (1917). Koritschoner. Biochem. Ztsch., 9J, 172 (1919); 0. LoEw, Flora, iio, 262 (1918). - 14) Y. Oguro, Ztsch. exper. Pathol. u. Ther., 7, 349 (1910). 94 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. empfahl als Eiweißprobe die Fällung mit Jodtinktur und Natriumbisulfat. Aceton fällt nach Weyl (1) Eiweiß quantitativ, ebenso werden Amino- säuren gefällt. Die von Bardach gefundene Eiweißprobe: Bildung eines Niederschlages aus gelben Krystallnadeln beim Hinzufügen von Jodjod- kalium, Aceton und Alkali, wird gleichfalls von Aminosäuren gegeben (2). Die medizinisch wichtige Diazoreaktion auf Oxyproteinsäuren (3) hat für uns noch keine Bedeutung gewonnen. Histidin gibt sie gleichfalls. Zum mikroskopischen Nachweis von Eiweiß kann man sich, wie es bereits J. Sachs tat, und wie ich selbst es vorteilhaft fand, der Biuretprobe bedienen (4). Die MiLLONsche Probe (5) sowie die RASPAiLsche Probe sind gleichfalls häufig verwendete mikrochemische Eiweißproben. Sehr gut eignet sich, wie Abderhalden und 0. Loew fanden, die Triketohydrinden- reaktion zur mikrochemischen Anwendung. Die vielen Anilinfarbentink- tionen der Histologie sind zum größten Teile gleichfalls Eiweißreaktionen, und über ihre chemische Bedeutung ist seit Heidenhain (6) viel geschrieben worden, ohne daß die Sachlage definitiv geklärt worden wäre. Die Ferro- cyankalium-Essigsäureprobe mit nachfolgender Eisenbehandlung wurde durch Zacharias und 0. Loew (7) zum mikroskopischen Eiweißnachweis heran- gezogen. Die einst von Krasser angegebene Rotfärbung mit Alloxan ist für die Gegenwart von Eiweiß nicht beweisend (8). Die Chloraminreaktion der Eiweißstoffe bei Hypochloriteinwirkung eignet sich sehr gut zur Feststellung bestimmter Lokalisationen (9). Eine eingehende kritische Behandlung der mikroskopischen Methoden zum Proteinnachweise hat de WfevRE und zuletzt Tunmann geliefert (10). Xanthoproteinprobe oder Millon lassen sich auf makroskopische Objekte, wie Blätter, ebenso schön zum'Eiweißnachweise gebrauchen wie die Jodstärkereaktion (11). Die quantitativen Methoden der Eiweißchemie sind, so viele und schätzenswerte Hilfsmittel wir darin auch besitzen, im ganzen noch wenig ausgebildet. Die näheren Details findet man in allen Handbüchern der physiologischen Chemie, besonders in den Kompendien von AbdiTrhalden erschöpfend wiedergegeben, so daß ich mich hier nur auf einige Andeutungen beschränken kann. Die Gesamteiweißbestimmung wird in der Praxis sehr häufig durch die Bestimmung des Gesamtstickstoffes im Material nach KjELDAHL ersetzt, und man berechnet aus der ermittelten Zahl das „Roh- protein" durch Multiplikation mit dem Faktor 6,25. Dieser Faktor bezieht sich auf einen N- Gehalt des Eiweiß von 16%. Da dies vielfach nicht nur ungenau, sondern mit einem erheblichen Fehler verbunden ist, und zudem 1) Th. Weyl, Ztsch. physiol. Chem., 63, 246 (1910;; Gottlieb, Biochem. Bull., J, 458 (1914). — 2) Br. Bardach, Ztsch. physiol. Cham., 54, 365 (1908). Chs. Weisman, Biochem. Bull., /, 538(1912). — 3) H. Pauly, Ztsch. physiol. Chem., 9-^, 284 (1915); ebenda 426; G. Totani, Biochem. Journ., 9, 385(1916); Masslow, Biochem. Ztsch., 70, 306 (1915); 0. Fürth, Ebenda, 69, 448 (1915); 96, 269 (1919); Zucker u. Rüge, Münch. med. Woch.schr., 63, 918 (1916). — 4) Vgl. auch Szymanski, Landw. Vers.-Stat., 33, 229 (1886). — 5) Vgl. L. Golodetz u. P. G. Uxna, Monatsh. Dermatol., 47, 595 (1908). — 6) M. Heidenhain, Pflüg. Arch., 90, 115 (1902). Münch. med. Woch.schr., 49, 437 (1902). A. Fischer, Fixierung und Färbung des Protoplasmas (1900), hat zuerst die Bedeutung der Adsorption für die histologischen Färbungen betont. Methylenblau: Geneau de LAMARLi:i:RE, Bot. Zentr., 93, 401 (1903). Färbung für basisches Eiweiß mit Wasserblau -f- Eosin -1- Phloxin: Krugen- BEG u. Thielemann, Ztsch. wiss. Mikr., 34, 234 (1918). — 7) E. Zacharias, Botan. Ztg. (1883), p. 209. 0. Loew, Ebenda (1884), p. 273. (Vorheriges Quellenlassen in KOH.) — 8) F. Krasser, Sitz.ber. Wien. Ak., 94, I, 118 (1886). — 9) J. F. Briggs, Journ. Soc. Chem. Ind., 37, Ul (1918). — 10) A. de Wevre, Bull. Soc. Belg. Mikr., 20, 91 (1893); Rec. Inst. Botan. Bruxelles, 2, 123(1906). 0. Tun- mann, Pflanzenmikrochemie, Berlin 1913, p. 409. — 11) Vgl. H. Molisch, Ztsch. f. Botan., 8, 124. § 8. Einteilung der Eiweißkörper und spezielle Betrachtung der einzelnen Gruppen, 95 große Mengen von Nichteiweißstoffen als Protein mitbestimmt werden, so sinkt der wissenschaftliche Wert dieser Methode häufig auf Null herab. Der in Wasser oder Salzlösungen lösliche Teil der Proteine läßt sich nach F. Hofmeister (1) quantitativ durch Kochen mit Bleihydroxyd oder noch besser mit Natriumacetat und Eisenchlorid ausfällen. Man kann ferner die Koagulation in äußerst schwach essigsaurer Lösung verwenden, oder, wie es das für Pflanzenuntersuchungen häufig angewendete Verfahren nach Stutzer (2) tut, mit Kupferhydroxyd fällen. Bei Gegenwart von viel Alkaliphosphaten ist Zusatz von Alaun zu verwenden. Albumosen und Pep- tone fallen dabei nur teilweise aus. Uranacetat fällt nach Schjerning (3) auch die Proteosen mit. Ist man gezwungen, zur Lösung der in Wasser und Salzlösungen unlöslichen Proteine stärkere Laugen oder Säuren zu ver- wenden, so besteht bereits die Gefahr eines Fehlers einer hydrolytischen Aufspaltung. Phosphorwolframsäure fällt zwar in saurer Lösung die Pro- teosen und Peptone mit, aber nebst diesen auch die Diaminosäuren und Hi- stidin. Tannin fällt Proteine und Proteosen. Die Eiweißbestimmung durch Pepsinverdauung soll nach Westhausser (4) Werte liefern, die mit der Methode von Stutzer und der Tanninmethode gut stimmen. Inwieweit die Bestimmung des verdaulichen und unverdaulichen Eiweiß mittels Pepsin dem heutigen Stande der Eiweißchemie entspricht, muß noch näher ge- prüft werden. In neuerer Zeit wurden noch andere Methoden zur quantitativen Eiweiß- bestimmung angegeben, worunter die colorimetrische Methode von Clau- dius (5) erwähnt sei, die in einer Fällung mit Trichloressigsäure und Tannin unter Zusatz von Fuchsin besteht, wobei man die Entfärbung des Filtrates mit der ursprünglichen Farbe vergleichend feststellt. Vallery ^6) fällt das Eiweiß unter Anwendung von Capronsäure in der Wärme. Die nephelo- metrische Bestimmung von Eiweiß hat Kober (7) zu einer genauen Methode ausgearbeitet. Strzyzowski (8) endlich bestimmte die Menge des Eiweißniederschlages durch das Volumen nach Zentrifugieren bei einer bestimmten Tourenzahl und Temperatur. Einteilung der Eiweißkörper und spezielle Betrachtung der einzelnen Gruppen. Bei dem raschen Fortschreiten der Eiweißchemie läßt sich eine Übersicht (9) über die bisher bekannten Eiweißsubstanzen nur an der 1) F. Hofmeister, Ztsch. physiol. Chem., 2, 288 (1878); 4, 263. Sestini, Landw. Vers.-Stat., 23, 305 (1879) (Bleizucker). Quantitative Bestimmung des salz- löslichen Eiweiß: Olson, Journ. Ind. Eng. Chem., 6, 211 (1914). — 2) A. Stutzer, Journ. f. Landwirtsch., 28, 103; 29, 473 (1881). Ber. chem. Ges., 19, Ref. 185 (1886). Fassbender, Ebenda (1880), p. 1821. J. König, Untersuch, landwirtsch. wicht. Stoffe, Berlin. L. Beulaygue, Compt. rend., 138, 701 (1904). — 3) H. Schjerning, Ztsch. analyt. Chem., 3g, 633 (1900). — 4) F. Westhausser, Ztsch. physiol. Chem., y2, 363 (1911). — 5) M. Claudius, Münch. med. Woch.schr. (1912), p. 2218; 3*, 1964 (1914). — 6) L. Vallery, Journ. de Physiol., 14, 947 (1912). — 7) Ph. A. Kober, Journ. Amer. Chem. Soc, J5, 1585 (1913). Marshall, Banks u. Graves, Arch. of Intern. Med., 18, 250 (1916). — 8) C. Strzyzowski, Ztsch. physiol. Ch6m., 88, 25 (1913). Justin-Mueller, Bull. Sei. Pharm., 24, 221 (1917). Quantitative Eiweißbestimmung durch Jodierung mittels der Jodstärke- Reaktion: C. Lange, Biochem. Ztsch., gs, 46 (1919). — 9) Vgl. besonders die Über- sicht von F. Samuely in Abderhaldens biochem. Handlexikon, Bd. IV (1911). Tho. B. OsBOPNE, Ergebn. d. Physiologie, 10, 47 (1910). Eine Klassifikation auch bei J. R. Carracido, Biochem. Zentr., 10, 688 (1910); j, Ref. 1193 (1905). Osborne, Abderhaldens biochem. Handlexikon, 9, 1 (1915); Weil, Ebenda, p. 12. 96 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. Haud einer provisorischen Gruppierung geben, welche erst hier und da den Eindruck einer wissenschaftlich tiefer begründeten Einteilung macht, Halliburton und Hopkins (1) schlagen vor, für alle Eiweißkörper die generelle Bezeichnung ,, Proteine" oder „Albuminoide" zu gebrauchen. Hingegen sei der Ausdruck ,, Proteide" aufzugeben. Von den Protefnen seien deren hydrolytische Derivate als ,,Metaproteine" zu sondern. Sie zerfallen in die uns bereits bekannten Gruppen der Proteosen, Peptone und Polypeptide. Die Proteine werden eingeteilt in einfache Proteine und konjugierte Eiweißkörper, Die einfachen Proteine zerfallen in folgende Unterklassen: Protamine, Histone, Albumine, GlobuUne, Skieroproteine und Phospho- proteine. Von konjugierten Proteinen kann man die Nucleoproteine, Glucoproteine und Chromoproteine unterscheiden. Mit einigen Er- gänzungen und Änderungen soll dieses System hier eingehalten werden. A. Einfache Proteine. Da die von Kossel vertretene Ansicht, wonach die Histone und Protamine als einfachste Eiweißkörper und als Ausgangspunkt der Eiweiß- chemie aufzufassen seien, manche Bedenken gegen sich hat, wollen wir die am längsten bekannten und am weitesten verbreiteten Gruppen der Albumine und Globuhne voranstellen, welche uns zugleich das chemische Verhalten der Proteine typisch wiedergeben. Das Verhältnis beider Gruppen bedarf noch der Klärung. Jedenfalls sind es einander sehr nahe- stehende Stoffe, so daß es gerechtfertigt wäre, beide in eine Gruppe der Euproteine zusammenzufassen. Sie fehlen vielleicht keiner Tier- und Pflanzenzelle, sind jedoch auf zoologischem Gebiete weit besser gekannt als auf botanischem. Eine zweite, dem Pflanzenreiche anscheinend eigen- tümliche Gruppe stellen die durch Ritthausens Arbeiten zuerst näher bekannt gewordenen alkohollöslichen Samenproteine des Klebers dar, deren Typus Ritthausens Gliadin ist. Da sie bei der Hydrolyse viel Prolin geben, so hat Osborne vorgeschlagen, sie als Prolamine zusammen- zufassen. Eine dritte Gruppe wird von den typischen Reserveproteinen der Pflanzensamen und Knollen formiert, die Osborne vorläufig unter der Benennung Phytoglobuline vereinigt. Weiter folgt jene Gruppe tierischer Reserveproteine, welche durch das Milchcasein einerseits und durch die im Dotter vorkommenden Vitelline andererseits vertreten werden, und die sich durch Phosphorgehalt und schwach sauren Charakter kenn- zeichnen. Man kann sie als Phosphoproteine zusammenstellen. Hierauf würden die bislang allerdings nur aus dem Tierreiche bekannten Gruppen folgen, die sich durch ihren hohen Gehalt an Diaminosäuren und Histidin sowie durch ausgesprochen basischen Charakter auszeichnen: die Protamine und Histone, welche auch im Pflanzenreiche in den Spermatozoiden wohl noch zu erwarten sind. I. Die Euproteine, Die Albumine und Globuline welche so viele Eigenschaften mit- einander teilen, daß sie eine gemeinsame Behandlung finden können, 1) Halliburton u. Hopkins, Proc. Chem. Soc, 23, 55 (1907). — Frühere Literatur: Neumeister, Lehrb., 1. c. A. Wroblewski, Zentr. Physiol., 11, 306 (1897). Ber. chem. Ges., 30, 3045 (1897). Chittenden, Zentr. Physiol., 11, 497 (1897). Fr. Hofmeister, Ergebn. d. Physiologie (1902), p. 794. D. Prianischnikow, Landw. Vers.-stat,, 60, 15 (1904). E. Strauss, Stud. üb, d. Albuminoide, Heidel- berg 1904 8. Einteilung der Eiweißkörper und spezielle Betrachtung der einzelnen Gruppen . 97 pflegen auch im lebenden Organismus meist vergesellschaftet vorzu- kommen, da beide in den verdünnten Salzlösungen der Zellflüssigkeiten gut löslich sind. In Alkohol sind sie unlösüch (1); sie geben alle typischen Fällungs- und Farbenreaktionen der Eiweißkörper, liefern bei der Hydro- lyse stets viel mehr Monamino- als Diaminostickstoff und enthalten relativ viel Schwefel. Man nimmt meist an, daß sie phosphorfrei sind. Doch haben Kaas (2) sowohl als Willcock und Hardy, wie Os BORNE (3) darauf aufmerksam gemacht, daß Ovalbumin aus Hühnerei stets Phosphor enthält, im Mittel 0,13%. Es ist allerdings nicht aus- geschlossen, daß diesem Befunde ein besonderer beigemengter Protein- stoff zugrunde liegt. Auch von Globuhnen aus Ochsenblutserum ist Phos- phorgehalt angegeben worden (4). Durch Dialyse lassen sich die Albumine und Globuline aus ihrer gemeinsamen Lösung in verdünntem ]\Iineralsalz leicht abtrennen; Globulin fällt als dichter Niederschlag aus, während Albumine in Lösung bleiben. Pflanzliche Albumine sind wenig studiert; am besten das Leucosin der Getreidesamen, welches Chittenden und Osborne beschrieben haben. Neben GlobuMn ist im Frühjahrssafte des Phloems der Bäume nach eigenen Erfahrungen auch reichlich Albumin vorhanden, über welches Untersuchungen noch anzustellen siiid. Die tierischen Albumine sind anscheinend alle krystallisierbar, wenn man sie bei schwach saurer Re- aktion durch Ammoniumsulfat langsam aus ihrer wässerigen Lösung aus- scheidet (5). Nach Osborne und Vorhees ist das Weizemeucosin durch Sättigung der Lösung mit Natriumchlorid oder Magnesiumsulfat leichter fällbar als tierisches Albumin (6). Alle Albumine werden aber durch Ammoniumsulfat in Vs bis Ganzsättigung gefällt. Hingegen fallen die Globuline schon bei Halbsättigung aus, worauf Pohl (7) sein Trennungs- verfahren gegründet hat. Weizenleucosin koaguliert bei 52", Ovalbumin etwas höher. Die scharfe Scheidung der Globuline von den Albuminen durch ihre Unlösüchkeit in salzfreiem Wasser hat zuerst Hoppe-Seyler durch- geführt. Für Pflanzen bemühte sich hierauf dessen Schüler Weyl(8) die Existenz von Globulinen darzutun, doch gehört der größte Teil der von Weyl sowie der von Chittenden und Osborne in der Folge als Globuline angesprochenen pflanzlichen Eiweißstoffe chemisch und bio- logisch in eine andere Gruppe. Da sich die Globuline bereits durch sehr geringe Salzmengen in Lösung bringen lassen und Nichtelektrolyte diese lösende Wirkung nicht ausüber, so besteht kein Zweifel, daß es sich um 1) Über Differenzen zwischen Globulinen und Albuminen bezüglich der Aus- fällung mit Alkohol: M. Chr. Tebb, Journ. of Physiol., 30, 25 (1904). — 2) K. Kaas, Monatsh. Chem., 27, 43 (1906). — 3) E. G. Willcock u. W. B. Hardy, Proceed. Camb- a^e Phil. Soc, 14, 119 (1907). Osborne u. Campbell, Journ. Amer. Chem. Soc, 21, All (1899); 22, 422 (1900). — 4) Haslam, Biochem. Journ., 7, 492(1913) unterschied hier ein wasserujilösliches P-hältiges Globulin und ein wasserlösliches P-freies „Pseudoglobulin". H. Chick, Ebenda, 8, 404 (1914). Über Serumalbumin: Hartley, Ebenda, p. 451 (1914). — 5) Über krystallisierbare Ovalbumine vgl. A. Panormow, Chem. Zentr. (1906), I, 372. Biochem. Zcntr., 5, 171 (1906). W. Worms, Ebenda (1906), II, 1508). — Resultate der quantitativen Hydrolyse: Tho. B. Osborne, Jones u. Leavenworth, Amer. Journ. Physiol., 24, 252 (1909). HuGOUNENQ, Compt. rend., 143, 693 (1906). — 6) Bailey u. Blish, Journ. Biol. Chem., 23, 345 (1916) verwenden 6%iges Kaliumsulfat. - - 7) J. Pohl, Arch. exper. Pathol., 20, 426 (1886). lüi tische neuere Untersuchungen hierüber besonders bei H. Wiener, Ztsch. physiol. Chem., 74, 29 (1911). — 8) Th. Weyl, Pflüg. Arch., 12 (1875); Ztsch. physiol. Chem., /, 72 (1877). Hoppe-Seyler, mediz.chem. Unters. (1867), p. 219. Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 7 98 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. Bildung von Salzionen- Globulin handelt, das im Gegensatze zum nicht ionisierten Globulin löslich ist(l). Hingegen ist es abzulehnen, wenn MoROCHOWETZ (2) die Albumine als Mineralsalzverbindungen von Globu- linen ansieht. Ebenso teile ich nicht die Ansicht von Starke (3), daß die Globuline Alkali- Albuminverbindungen seien (4). Die von Moll (5) behauptete Überführung von Serumalbumin in GlobuUn durch die Ein- wirkung sehr verdünnter Alkalien hat sich als Bildung von salzlöslichen hydrolytischen Produkten des Albumins herausgestellt (6), Die Globuline kann man ebensogut wie durch Halbsättigung mit Ammoniumsulfat nach Pohl auch durch Sättigung mit Magnesiumsulfat nach Hammarsten (7) zur Abscheidung bringen. IL Die Prolamine. In den Samen der Gramineen kommen eigentümliche Eiweißstoffe vor, welche in 50 — 80% Alkohol auffallend leicht löslich sind. Sie sind ein Hauptbestandteil des Getreideklebers, in dem bereits 1820 Taddei (8) einen alkohollöshchen Teil als ,,Gliadin" von dem alkoholunlösUchen ,,Zymom" unterschied. Link (9) hob die Ähnhchkeit des Klebers mit Eiweiß hervor. In der Folge wurde der Kleber häufig mit dem tierischen Leim verglichen ; Berzelius (1 0) wie andere Chemiker sprachen von Pflanzen- leim. Wir wissen heute, daß zwischen dem tierischen Glutin und dem Gliadin nicht die mindeste chemische oder biologische Analogie besteht. Das im Weizen vorkommende Gliadin von Taddei dürfte nach Osborne tatsächlich einheitUcher Natur sein. Es bildet etwa die Hälfte des Ge- samteiweiß im Weizen (11), ebenso im Roggen, während es bei Hordeum und Zea durch die verwandten Stoffe Hordein und Zein vertreten wird. Nur der Reis enthält nicht viel von solchen Proteinen. Gliadin ist in 70 — 80%igem Alkohol leichter löshch als in Wasser, in absolutem Alkohol jedoch unlöslich. Die opalescente wässerige Lösung ist durch Natrium- chlorid fällbar. Das Zein ist nach Osborne gegen die Einwirkung ver- dünnter Alkalien resistent. Es geht beim Erwärmen mit Wasser oder sehr schwachem Alkohol in eine unlösUche Modifikation über. Die Eiweiß- reaktionen sind die gewöhnlichen. Wie Henderson (12) fand, liefern die in Rede stehenden Proteine sehr viel Araidstickstoff bei der Hydrolyse ; Osborne (13) erfuhr, daß sie alle sehr wenig Arginin und Histidin, kein Lysin, aber viel Prolin, Glutaminsäure und Ammoniak liefern. Nach diesem charakteristischen Verhalten wurde der Name Prolamine für die Gruppe gewählt (14). 1) Wo. Pauli, Pflüg. Arch., 78, 315 (1899). J. Mellanby, Journ. of Physiol., 33, 3S8 (1905); vgl. auch A. E. Taylor, Journ. Biol. Chem., r, 345 (1906). W. B. Hardy, Journ. of Physiol., 33, 251 (1905). — 2) L. Morochowetz, Le Physiologiste russe, 3, 60 (1905). — 3) J. Starke, Ztsch. Bio)., 40, 419, 494 (1900); 68, 147 (1917). — 4) L. K. Wolff u. A. Smits, Ebenda, 41, 437 (1901. — 5) L. Moll, Hofmeist. Beitr., 4, 563 (1904); 7, 311 (1905). — 6) R. B. Gibson, Journ. Biol. ehem., 12, 61 (1912). Bywaters u. Tasker, Journ. of Physiol., 47, 149(1913). — 7) 0. Hammarsten, Ztsch. physiol. Chem., 8, 467. — 8) Taddei, Ann. of Philos., May 1820; Schweigg. Journ., 29, 514 (1820). — 9) H. F. Link, Schweigg. Journ., 14, 294 (1815). — 10) Berzelius, Pogg. Ann., 10, 247 (1827). — 11) Th. B. Os- borne u. J. F. Harris, Amer. Journ. Physiol., 17, 223 (1906). Über die Einheitlich- keit von Roggen- u. Weizengliadin sowie Kolloidchemie vgl. H. Lüers, Koll. Ztsch., 25, 177 u. 230 (1919). — 12) Y. Henderson, Ztsch. physiol. Chem., 29, 47 (1899). — 13) Osborne u. S. H. Clapp, Amer. Journ. Physiol., 17, 231 (1906). P. Ber- GELL, Mediz. Klin., j, 1042 (1905). Osborne u. H. Guest, Journ. Biol. Chem., 9, 425 (1911). Osborne, van Slyke, Leavenworth u. Vinograd, Ebenda, 22, 259 (1915). — Optische Drehung von Gliadin: W. E. Mathewson, Journ. Amer. Chem. See, 28, 624 (1906). — 14) Th. B. Osborne, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.- meth., 2, 270 (1909). § 8, Einteilung der Eiweißkörper und spezielle Betrachtung der einzelneu Gruppen. 99 III. Die Gluteline. OsBORNE charakterisiert diese gleichfalls von ihm aufgestellte Gruppe durch die Unlöshchkeit in allen neutralen Lösungsmitteln, so daß man diese Stoffe bloß nach Extraktion der Samen mit verdünnten Alkalien oder Säuren erhalten kann. Das Zymom von Taddei entspricht dieser Fraktion. Von Liebig sowie von Dumas und Cahours(I) wurde der betreffende Stoff als Pflanzenfibrin aus Weizen beschrieben. Kitt- hausen bezeichnete es wegen seiner angebUchen Ähnlichkeit mit Milch- casein als Glutencasein. Osborne wählte für den unlöslichen Anteil des Weizenklebers die Bezeichnung Glutenin. Wahrscheinlich kommt dieses Protein oder ein ähnliches auch in anderen Grassamen vor, doch kennt man bisher nur die Eigenschaften des Weizenglutenins genauer (2). Die Hydrolyse (Osborne und Glaep) ergab viel Glutaminsäure und Gegen- wart aller drei Hexonbasen. Ob diese Proteine Phosphor enthalten, wie früher angegeben, ist sehr zweifelhaft. IV. Samenglobuline Osbornes, oder Phytoviteliine von Weyl. Schon den älteren Forschern drängte sich die Meinung auf, daß die Reserveproteine der Samen biologische Beziehungen mit den Dotter- und Milcheiweißstoffen des Tierreiches haben könnten, und Vogel sowie Braoonnot (3) verglichen sie mit dem Käsestoff der Milch ; auch Liebig adoptierte für sie die Bezeichnung Pflanzencasein. In neuerer Zeit wurde diese Verwandtschaft durch Weyl nicht anerkannt, welcher vielmehr die Samenproteine wegen ihres Mangels an Phosphor und ihrer Salz- löslichkeit den tierischen Globulinen anreihte. Ebenso macht Osborne keinen Unterschied zwischen den Reserveproteinen der Samen und den Globulinen, wie sie sich im Serum finden. Ist es auch unsicher, ob diese Vereinigung mit Recht vorzunehmen ist, so wäre es tatsächlich gegen- wärtig noch nicht leicht stichhältige Unterschiede zwischen beiden Gruppen aufzustellen. Es wurde zwar auch in neuerer Zeit wieder durch Wiman (4) die Behauptung aufgestellt, daß das Legumin phosphorhaltig ist, doch hat sich seither weder für dieses noch für ein anderes Samenglobulin ein Anhaltspunkt ergeben, daß es sich tatsächlich um phosphorhaltige Eiweiß- stoffe, analog den tierischen Phosphoproteinen, handeln könne. Eine physikalisch-chemische Studie über die Pflanzenglobulin- lösungen wäre sehr wünschenswert. Osborne und Harris (5) haben eine Reihe interessanter Befunde mitgeteilt, wonach Edestin aus Gannabis- samen in Salzlösungen ungleiche Löslichkeitsverhältnisse zeigt. Salze starker Säuren mit starken Basen lösen am wenigsten; erst relativ kon- zentrierte Lösungen bringen das Globulin nennenswert in Lösung, und man kann durch Verdünnen mit Wasser oder durch Zusatz kleiner Säuremengen daraus das Eiweiß wieder erhalten. Hingegen bedarf man von Salzen schwacher Basen mit starken Säuren nur kleiner Konzentrationen, um das Edestin zu lösen, und man kann solche Lösungen nicht durch Ver- dünnen mit Wasser fällen. Salze starker Basen mit schwachen Säuren lösen mehr als Salze der gleichen Basen mit starken Säuren. Dies deutet 1) J. Liebig, Lieb. Ann., 39, 129 (1841); Dumas u. Cahours, Ann. Cham, et Phys. (3), 6, 385 (1842). — 2) Vgl. Prianischnikow, Landw. Vers.-stat., 60, 15 (1905). J. S. Chamberlain, Journ. Amer. Chem. Soc, 28, 1657 (190G). Norton, Ebenda, p. 8. — 3) Vogel, Schweigg. Journ., 20, 59 (1817). H. Braconnot, Ann. Chim. et Phys. (2), 43, 337 (1830). — 4) A. Wiman, Malys Jahresber., 27,21 (1897). — 5) Osborne u. Harris, Amer. Journ. of Physiol., 14, 151 (1905). 7* 100 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. unstreitig darauf hin, daß Edestin sich eher wie eine schwache Base ver- hält, und schon durch leicht hydrolytisch gespaltene Salze schwacher Basen mit starken Säuren in ionisiertes Eiweiß übergeht. Damit stimmen die Versuche von Osborne(I) über Edcstinsalze mit Säuren gut überein. Man findet öfter, daß das Säureglobulin allein die charakteristische Salz- löslichkeit aufweist, während das Protein nach Neutrahsation der Säure in Wasser vollständig löshch wird. Doch gibt es nach Osborne Edestin- verbindungen mit dem doppelten Anteil an Säure, die in Wasser ebenfalls löslich sind. Die Hydrolyse von Edestin lieferte übereinstimmend mit diesen basischen Eigenschaften viel Arginin, außerdem besonders reich- lich Leucin und Glutaminsäure (2) Die Proteine der Edestingruppe krystalhsieren so leicht, daß sie sich wie bekannt, häufig in den Samen in Form natürhcher Eiweißkrystalle, vorfinden. Maschke (3) hat zuerst aus Bertholletiasamen das Excelsin in Form künstlicher Krystalle wiedergewonnen. Nach Osborne dürften die Krystalle einer Säureverbindung des Excelsins angehören. E'rüher wurde, so von Schmiedeberg (4), die Ansicht vertreten, daß es sich um eine Magnesiumverbindung des Excelsins handle; auch Palladin (5) meinte, daß häufig Kalksalze der Pflanzenglobuline vorkämen, die man früher als „Pflanzenmyosin" beschrieben habe. Nach dem Verhalten des Edestins ist es in der Tat wahrscheinlicher, daß die Eiweißkrystalle aus der Säureverbindung des Samenproteins oder aus dem freien Globulin bestehen. Der ionische Eiweißcharakter der SamenglobuHne tritt auch darin hervor, daß sie eine hohe Koagulationstemperatur bei 70 — 100° besitzen und oft unscharf begrenzt. Darin und auch durch die rote Nuance der Biuretprobe sowie durch die Löslichkeitsverhältnisse der Fällung mit HNO3 in der Wärme erinnern sie an die Proteosen. Die zahlreichen Be- funde über die Samenproteine hat Osborne mehrfach ausführlich zu- sammengestellt (6). Wahrscheinlich gehört auch der von Kiliani und Knoop (7) untersuchte albumosenartigc Eiweißstoff aus dem Milchsafte von Antiaris, welcher krystallisiert gewonnen werden konnte, mit in diese Gruppe von Proteinen hinein. Die Substanz hatte aber Säurecharakter und zeichnete sich durch ihren hohen Schwefelgehalt aus. V. Phosphoproteine. Dieselbon wurden auch vielfach als Nucleoalbumine, von französischen Autoren als Nucleoproteide, bezeichnet. Wir rechnen hierher die phosphor- haltigcn Eiweißkörper von schwach saurem Charakter, welche als Reserve- Stoffe im tierischen Eidotter und in der Milch vorkommen. Im Pflanzen- reiche ist kein Eiweißstoff bekannt geworden, der in diese Gruppe gerechnet werden könnte. Deshalb genügt es, die wichtigsten Eigenschaften der Phos- phoproteine zum Vergleiche anzuführen. 1) Osborne. Ztsch. physiol. Chem., 33, 225(1901). Journ. Amer. Chem. Soc, 24, 28 (1902). — 2) Osborne u. S. H. Clapp, Araer. Journ. of Physiol., 19, 63, 117 (1907). Edestinpoptou: G. Petrow, Ann. Inst. Agronom. Moscou, 15, 200 (1910). — 3) Maslhke. Journ. prakt. Chem., 74, 4.S6 (1858). — 4) Schmiedeberg, Ztsch. physiol. Chem., /. 205 (1877). Drechsel, Journ. prakt. Chem., 19, 331 (1879). Grübler, Ebenda, 23, 97 (1881). - - 5) Palladin, Ztsch. Biolog., jj, 191 (1895). — 6) Osborne, Abderhaldens biochem. Handlexikon, 4, 1 (1911). Ergebn. d. Physio- logie, 10, 47 (1910). The Vegetable Proteins London-New York 1909. (Plimmer- Hopkins Monographs.) Ferner Johns, Journ. Biol. Chem., 34, 429 u. 439 (1918). — 7) H. Kiliani, Ber. chem. Ges., 46, 677 (1913). Y. Kotake u. F. Knoop, Ztsch. physiol. Chem., 75, 488 (1911). § 8. Einteilung der Eiweißkörper und spezielle Betrachtung der einzelnen Gruppen. 101 Das Casein der Milch, welches wahrscheinlich hohe Artspezifität zeigt, die sich, wenn nicht in den quantitativen Verhältnissen der Aminosäure- gruppen, so doch in deren Verknüpfung äußern dürfte (1), ist nach den Studien von Laqueur und Sackur (2) eine mehrbasische Säure, deren Salze in der wässerigen Lösung hydrolytisch gespalten sind. Die vom Casein dargestellten Säureverbindungen dürften als lonenadsorptionsverbindungen aufzufassen sein (3). Wie Lubawin (4) nachgewiesen hat, wird bei der Pepsin- HCl- Hydrolyse des Caseins neben Albumosen ein resistenterer phos- phorhaltiger Komplex geliefert, das Pseudo- oder Paranuclein, das weiter unter Bildung von Phosphorsäure zerfällt. Salkowski (5) hat aus dem Paranuclein die phosphorhaltige Paranucleinsäure dargestellt, die darin als Eiweißverbindung angenommen wird. Bei der tryptischen Hydrolyse fanden Plimmer und Bayliss binnen 24 Stunden den gesamten Phosphor abgespalten, davon sehr viel in organischer Form, während Pepsin nur organisch gebundenen P lieferte (6). Das bei der Einwirkung von Lab- enzym entstehende Paracasein ist stickstoffärmer als das native Casein (7). Die totale Hydrolyise von Casein hefert ein nicht unähnhches Amino- säurengemisch wie die Hydrolyse von Edestin und seinen Verwandten (8). Für tiefgehende Differenz beider Eiweißarten spricht nach Osborne der Umstand, daß Penicillium Camemberti wohl auf Casein einwirkt, jedoch Samenproteine unverändert läßt. Die als Vitellin bezeichneten Phosphoproteine aus dem Eidotter zeichnen sich durch ihreji Gehalt an Eisen aus, sind aber im ganzen und großen in ihren Eigenschaften dem Casein analog (9). Auch hier gewinnt man, wie Levene und Alsberg zeigten, Paranucleinsäure bei der Hydrolyse. Mit verdünnter (l%iger) Natronlauge kann man, wie Plimmer (10) zeigte, aus den Phosphoproteinen den gesamten Phosphor bei 37" innerhalb 24 Stunden abspalten, was bei Nucleoproteiden nicht gelingt. Diese Reaktion 1) Vgl. F. Tangl, Pflüg. Arch., 121, 534(1908). J. H. Long, Journ. Amer. Chem. Soc, 2g, 223 (1908). Abderhalden u. Schittenhelm, Ztsch. physiol. Chem., 47, 458 (1906). Abderhalden u. Langstein, Ebenda, 66, 8 (1910). Laqueur, Diss. Breslau 1905. — 2) Laqueur u. Sackur, Hofmeist. Beitr., 3, 184 (1903). R. W. Raudnitz, Ergebn. d. Physiol., 2, I, 217 (1904). L. van Slyke u. Hart, Amer. Chem. Journ., 33., 461 (1905). J. H. Long, Journ. Amer. Chem, Soc, 28, 372 (1906). — 3) J. H. Long, Journ. Amer. Chem. Soc. 29, 1334 (1907). L. u. D. van Slyke, Amer. Chem. Journ., 38, 383 (1907). Joura. of biol. Chem., 4, 259 (1908). T. Br. Robertson, Ebenda, p: 35. Lactate: 0. Laxa, Milch wirtsch. Zentr., i, 538 (1905). Aussalzen von Casein: C. Schmiedt-Nielsen, Hofmeist. Beitr., 9, 311 (1907). — 4) Lubawin, Hoppe-Seylers med. chem. Untersuchungen (1871), p. 463. Ber. chem. Ges., 10, 2237 (1877). Sebelien, Ztsch. physiol. Chem., 20, 443 (1894). Moraczewski, Ebenda, 28. Salkowski, Pflüg. Arch., 63, 401 (1896). Wroblewski, Chem. Zentr. (1895), I, 229. Gay u. Robertson, Journ. Biol. Chem., 12, 233 (1912). — 5) E. Salkowski, Ztsch. physiol. Cbem., 32, 245 (1901). Caseinpeptone: M. Dietrich, Biochem. Ztsch., 22, 120 (1909). Peptische Hydrolyse: Robertson u. Biddle, Journ. Biol. Chem., 9, 295 (1911). — 6) R. H. Plimmer u. W. M. Bayliss, Journ. of Physiol., 33, 439 (1905); Bosworth, Journ. Biol. Chem., 19, 67 (1914). — 7) W. Laqueur, Verh. Naturf. Ges., 1905, II, 2, 414. Caseiuogen: Schbyver, Proc Roy. Soc, 86, B, p. 460 (1913); Geake, Biochem. Journ., 8, 30 (1914); Schryver, Ebenda, p. 152; Mellanby, Ebenda, 9, 342 (1915). — 8) Vgl. Osborne u. Guest, Journ. Biol. Chem., 9, 333 (1911). — 9) Eidottervi teilin: Th. B. Osborne u. G. F. Campbell, Journ. Amer. Chem. Soc, 22, 413(1900). Levene u. Alsberg, Ztsch. physiol. Chem., 31, 543 (1901). Plimmer, Journ. Chem. Soc, 93, 1600 (1908). Osborne u. D. Br. Jones, Amer. Journ. of Physiol., 24, 163 (1909). L. HuGOU- nenq, Compt. rend., 142, 173 (1906). Journ. de Physiol., 8, 209 (1906). Elementar- analyse phosphorhaltiger Eiweißstoffe: M. Pennstedt, Ztsch. physiol. Chem., 52, 181 (1907). - 10) R. H. A. Plimmer u. F. H. Scott, Journ. Chem. Soc, 93, 1699 (1908). Plimmer u. R. Kaya, Journ. of Physiol., 39, 1 (1910); Maynard, Journ. Physic Chem., 23, 145 (1919). 102 ZweiunddreißigBtes Kapitel : Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. läßt sich, wenn man vorher die Lecithide entfernt hat, zur Untersuchung der Phosphorlükahsation in den Geweben benutzen. VI. Histone und Protamine. Als Histone wird eine Gruppe tierischer Eiweißstoffe von ausgeprägt basischem Charakter zusammengefaßt, welche, an verschiedene Stoffe, wie Nucleine, Hämatin, gebunden, sehr weit verbreitet vorkommen. Da man sie auch im Pflanzenreiche erwarten darf, so seien ihre wichtigsten Merkmale kurz angeführt. Die Studien sind besonders an dem Histon aus dem Zellkernproteid der Erythrocyten der Gans angestellt (Kossel) (1), an dem Histon aus dem Thymusnucleoproteid von Lilienfeld (2), ferner an dem Globin, dem Paarling des Hämatins im Hämoglobin durch Fr. N. Schulz (3). Die in Wasser leicht lösüchen Histone koagulieren nur aus salzhaltigem Wasser. Sie sind durch Ammoniumsulfat und Bittersalz aussalzbar. Bei Gegenwart von Ammoniumsalzen werden sie durch Ammoniak gefällt. Die Alkaloidreaktionen gelingen mit ihnen schon in neutraler Lösung. Die Biuretprobe fällt bei Histonen violett aus. Millons Probe geben die Histone sehr schwach. Die a-Naphtholprobe ist negativ. Der Stickstoffgehalt ist sehr hocb, beträgt über 18%, ja beim Scombron 19,79%. Bei der totalen Hydrolyse entstehen reichlich Diaminosäuren. Etwa % des Gesamt-N kommt auf Arginingruppen. Doch ist nach den Erfahrungen von AbdeRt HALDEN und RoNA über die Hydrolyse von Thymushiston (4) die Mannig- faltigkeit der Aminosäurereste kaum eine geringere als bei anderen Pro- teinen, so daß es sich nicht um sehr einfach gebaute Eiweißkörper handeln kann. Aus dem osmotischen Druck berechnete Moore (5) für ein Protamin oder Histon aus Echinus esculentus das Molekulargewicht 8780, darin etwa 40 Aminosäurereste. Nach Kossel und Krasnosselsky (6) wird durch Pepsin aus Histonen Histopepton abgespalten, welches ebenso reich an Arginin ist wie das ursprüngliche Histon. Die Protamine sind eine Reihe sehr merkwürdiger Eiweißstoffe aus Fischsperma, deren erster Vertreter im Lachssperma durch Miescher(7) 1874 gefunden worden ist. Ihre nähere Kenntnis verdankt man besonders den Forschungen von Kossel (8). Da ähnliche Stoffe in pflanzlichen Sperma- 1) A. Kossel, Ztsch. physiol. Chem., 8, 511 (1884). — 2) Lilienfeld, Ebenda, i8, 473 (1893). Huiskamp, Ebenda, j2, 145 (1901); 34, 32 (1901). Abderhalden u. RoNA, Ebenda, 41, 278 (1904). Malengreau, La Cellule, 21, Heft 1 (1904). C. FoÄ, Atti Acc. Line, 13, 414 (1904). — 3) Fr. N. Schulz, Ztsch. physiol. Chem., 24, 449 (1898). Scombron: Bang, Ebenda, 27, 463 (1899). — Vgl. noch: A. Kossel u. H. Pringle, Ebenda, 49, 301 (1906). H. Steudel, Abderhaldens Handb. biochom. Arb.meth., 2, 442 (1909). A. Rollett, Abderhaldens biochem. Handlexikon, 4, 1 (1911). W. H. Eddy, Biochem. Bull., 2, 419 (1913). Kossel u. Edlbacher, Ztsch. physiol. Chem., 94, 264 (1915). — 4) Abderhalden u. Rona, Ztsch. physiol. Chem., 41, 278 (1904). — 5) B. Moore, Whitley u. Webster, Biochem. Journ., 7, 142 (1914). — 6) A. Kossel u. H. Pringle, Ztsch. physiol. Chem., 49, 301 (1906). T. Krasnos- selsky, Ebenda, 322. — 7) F. Miescher, Verhandl. Naturl Ges. Basel, 6, 138 (1874). Ber. chem. Ges., 7, 376 (1874). Arch. exp. Pathol., 37, 100 (1896). — 8) A. Kossel, Ztsch. physiol. Chem., 22, 176 (1896); 25, 165(1898); 26, 588(1899). Kurajeff, Ebenda, 26, 524 (1898); 32, 197 (1901). Goto, Ebenda, 37, 94 (1902). Chemie der Spermatozoon: R. Burian, Ergebn. d. Physiol., 3, 1, 48(1904). Kossel, Ztsch. physiol. Chem., 40, 311 (1903); Kossel u. Dakin, Ebenda, p. 564; ebenda, 44, 342 u. 347 (1905). Kossel, Biochem. Zentr., 5, 1 (1906). Kossel u. Cameron, Ztsch. physiol. Chem., 76, 457 (1912). Kossel u. Weiss, Ebenda, 78, 402 (1912). Kossel u. Pringle, Ebenda, 49, 301 (1906). A. Rollett, Biochem. Handlex. von Abderhalden, 4, 157 (1911). M. Nelson-Gerhakdt, Ztsch. physiol. Chem., 105, 264 (1919). § 8. Einteilung der Eiweißkörper und spezielle Betrachtung der einzelnen Gruppen. 103 tozoiden vorkommen könnten, so sei auch über diese Eiweißgruppe kurz berichtet. Protamine sind aus ihrer wässerigen Lösung mit NaCl oder Ammoniumsulfat aussalzbar, bilden mit Säuren gut krystallisierende Ver- bindungen, und bekunden ihren stark basischen Charakter auch in der Re- aktion gegen Lackmus. Die wässerige Lösung koaguliert nicht beim Er- hitzen. Von den Eiweißreaktionen gelingen die Fällungen mit Schwermetall- salzen, mit den Alkaloidreagentien, letztere sogar in schwach alkalischer Lösung, ferner die Biurgtprobe, wogegen die Proben von Millon und von Ad AMKiEWiCz- Hopkins negativ ausfallen. Ebenso läßt sich in Protaminen kein Schwefel durch die bekannten Proben nachweisen. Der N- Gehalt be- trägt 25—30%. Gegen 90% des Gesamt- N kommt auf Arginin, der Rest auf Prolin, Vaün, Serin, Lysin, Histidin, Alanin, Leucin in verschiedenen Ausbeuten, aber nie alle gleichzeitig, manchmal nur 4—5 verschiedene Aminosäuren. Kossel hat mehrere Typen unter den Protaminen unter- schieden. Bei den Protaminen der Salmingruppe, wie Clupein, Salmin, Scombrin, würden auf je einen Rest einer anderen Aminosäure zwei Arginyl- reste kommen, so daß Diarginylaminosäuren als Bauelemente anzunehmen wären. Die aus den Platinchloriddoppelverbindungen abgeleiteten Formeln für Protamine ergeben relativ hohe Werte (1). Pepsinsalzsäure greift die Protamine nur wenig oder gar nicht an. Erepsin hingegen soll sie wie Trypsin spalten und man erhielt bei der partiellen Hydrolyse als Zwischenprodukte die den Peptonen entsprechenden Protone (2). Durch Fällung von Eiweiß mittels Protaminen sind verschiedene Eiweißverbindungen derselben her- gestellt worden (3). Zur Darstellung der Protamine zieht Kossel nach Erschöpfung des Materiales mit Alkohol, dasselbe mit verdünnter Schwefelsäure aus, fällt aus dieser Lösung das Protaminsulfat durch Alkohol, löst den Niederschlag in Wasser und fällt nun mit Natriumpikrat aus. Nach Zusatz von Schwefel- säure zur Zerlegung des Pikrates wird die Pikrinsäure mit Äther ausgeschüttelt und so das reine Protaminsulfat gewonnen (4). RuPPEL (5) fand in Tuberkelbacillen einen an Nuclein gebundenen Eiweißstoff, das Tuberculosamin, welches vielleicht zu den Protaminen gehört. B. Die konjugierten Proteine. Sie zeichnen sich durch die Anfügung mehrerer bis zahlreicher, oft hoch zusammengesetzter Gruppen aus, welche dem Eiweißkomplex sonst nicht eigen sind, wie Purin-, Pyrimidin- oder Pentosenreste. Kossel hat solche Gruppen „prosthetische Gruppen" genannt. L Die Glucoproteine. Die als Glucoproteine zusammengefaßten tierischen Eiweißstoffe sind in allen Schleimabsonderungen reicMch zugegen, und die Mucine der Schleimsekrete stellen typische Glucoproteine dar. Selbst verdünnte wässerige Lösungen zeigen noch die starke fadenziehende Beschaffenheit. 1) Kossel u. Darin, I. c. Die Formel von L. Nelson, Arch. exp. Pathol., 5g, 331 (1908) mit Cj, für das Lachsprotamin muß wohl mindestens fünffach ge- nommen werden. Vgl. auch A. E. Taylor, Journ. Biol. Chem., 5, 381 u. 389 (1909). — /?-Naphthalinsulfoprotamine: K. Hirayama, Ztsch. physiol. Chem., 59, 285 (1909). — 2) A. Kossel u. F. Weiss, Ztsch. physiol. Chem., 59, 281 (1909). — F. Rogo- ziNSKi, Ebenda, 79, 398 (1912). — 3) A. Hunter, Ebenda, jj, 526 (1907). — 4) Vgl. H. Steudel, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 2, 446 (1909). — 5) W. Kuppel, Ztsch. physiol. Chem., 26, 218 (1898). 104 Zweiunddreißigst^B Kapitel: Die physik. u, chem: Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. Beim Kochen mit Säure spalten alle Glucoproteine viel Kohlenhydrat- gruppen ab. Da durch Tshii ein pflanzliches Mucin aus Dioscorea- Knollen beschrieben worden ist, so wäre noch weiter nach solchen Stoffen zu suchen; CS könnten pflanzliche Membranschleime von Pilzen und Bacterien, vielleicht auch manchen Algen, echte Mucine enthalten. Die fadenziehenden wässerigen Lösungen der Glucoproteine koagu- lieren nicht beim Erhitzen. Sie verheren ihre schleimige Beschaffenheit leicht durch Behandlung mit Säure oder Alkali. Die Lösungen reagieren sauer und werden durch Säuren gefällt. Sehr verdünntes AlkaU löst die Mucine besser als Wasser. Von den Eiweißreaktionen fällt die MiLLONsche Probe nur dürftig aus. Der Stickstoffgehalt der Mucine ist relativ gering, etwa 10 — 12%, der Sauerstoffgehalt größer als bei anderen Eiweißstoffen. Nach den Befunden von Fürth (1) scheinen die Kohlenhydratgruppen der Mucine aus niederen Tierklassen aus amidierten Derivaten vom Glucos- amintypus zu bestehen. In einem Falle wiesen Schulz und Ditthorn (2) unter den Hydratationsprodukten Galactosamin nach (Eiweißdrüse des Frosches). IL Die Nucleoproteide. Diese wichtigen eiweißartigen Substanzen werden als Hauptbestand- teile der Zdlkerne betrachtet. Nach Kossel (3) nimmt man an, daß das Chromatin der Zellkerne aus Nucleoproteiden besteht. Abderhalden (4) gewann dafür Anhaltspunkte, daß diese Kernstoffe sogar Artunterschiede aufweisen dürften. Durch Anwendung von Nuclease als mikrochemisches Reagens überzeugte sich van Herwerden (5), daß außer dem Chromatin vieler Zellkerne auch die Volutinkörner von Bacterien und Hefen als Nucleinsäureverbindungen aufzufassen sind. Von Interesse ist die Fest- stellung durch Nemec (6), daß die Chromosomen in heißem Wasser löshch sind und daß diese LösMchkeit durch Alkohol wohl vermindert, aber nicht aufgehoben wird. Tröndle (7) wies nach, daß auch der Nucleolus von Spirogyra aus Nucleoproteiden besteht, im Gegensatze zu dem Kern- körperchen in den Kernen höherer Pflanzen. Lange Zeit wurden phosphorhaltige Stammkörper der Nucleopro- teide von den gleichfalls phosphorhaltigen Nucieoalb uminen nicht unter- schieden, bis durch Kossel (8) 1879 bei dem von Hoppe-Seyler(9) entdeckten Hefenuclein Hypoxanthin unter den Spaltungsprodukten gefunden wurde, welchem sich bald Xanthin und Guanin anfügen ließen. 1) 0. V. Fürth, Hofmeist. Beitr., i, 252 (1902); Vergleichende Physiologie (1903), p. 382. Kossel, Deutsche med. Woch.schr., ly, 1297 (1891). Schnecken- mucin: Braconnot, Ann. Chim. et Phys. (3), i6, 313 (1846). 0. Hammarsten, Pflüg. Arch., 36, 373 (1886). F. Müller, Ztsch. Biol., 42, 468 (1902). Malen ük, Biochem. Zentr., 3, Ref. 616 (1904). — Ovomucoid: C. Th. Mörner, Ztsch. physiol. ehem., 80, 430 (1912). J. Neumann, Ebenda, 89, 149 (1914). Glucosamindarstellung: Oswald, Ebenda, 95, 100 (1915). Hyalomucid: Cavazzani, Policlinico, 13 (1906). — 2) Fr. N. Schulz u. Ditthorn, Ztsch. physiol. Chem., 29, 373 (1900). Über Aminoglucoside und Glucoprotein: J. C. Irvine u. A. Hynd, Journ. Chem. Soc, joj, 41 (1913). — 3) A. Kossel, Naturw. Rdsch., 26, 221 (1911). Münch. med. Woch.schr., 58, Heft 2 (1911). V. Ruzicka, Botan. Zentr., 128, 415 (1914). — 4) E. Abderhalden u. Kashiwado, Ztsch. physiol. Chem., 81, 285 (1912). H. G. Wells, Journ. Biol. Chem., 28, 11 (1916). — 5) M. A. van Herwerdkn, Anatom. Anzeiger, 47, 312 (1914). — 6) B. Nemec, Ber. botan. Ges., 27, 43 (1909). Mikrochemie der Nucleoproteide: 0. Tunmann, Pflanzenmikrochemie, Berlin 1913, p. 418. — 7) A. Tröndle, Ztsch. f. Botan., 4, 721 (1912). Vgl. auch 0. Gans, Deutsche med. Woch.schr., 3g, 1944 (1914). — 8) Kossel, Ztsch. physiol. Chem., 3, 284 (1879). — 9) Hoppe-Seyler, Med. chem. Uiitersuchungen, Heft 1 (1866), p. 142; Heft 4, p. 600. Ztsch. physiol. Chem., 2, 427 (1878). § 8. Einteilung der Eiweißkörper und spezielle Betrachtung der einzelnen Gruppen. 105 Die von Salomon(I) aufgestellte Ansicht, daß auch bei der Fibrinver- dauung Xanthinbasen entstehen, erwies sich als irrig, weil °aus den bei- gemengten Leukocyten Nucleoproteide mitgespalten werden; so konnte alsbald von Kossel (2) die Abspaltung von Xanthinbasen als eine charak- teristische Eigenschaft der Nucleoproteide hingestellt werden. Der Ver- such, Eiweiß-Metaphosphorsäureverbindungen mit Nucleinen zu ver- gleichen (3), führte schließhch zur Auffassung, daß eine Verwandtschaft der Nucleine mit solchen Phosphaten ausgeschlossen sei, wenn auch manche Ähnlichkeiten im reaktionellen Verhalten bestehen. Ein wichtiger Fortschritt war die Erkenntnis Kossels (4), daß beim Aufbau bestimmter Zellkernproteide ein Histon beteiligt ist. 1889 lehrte Altmann (5), daß man aus den Nucleinen phosphorreiche Säuren ab- spalten kann, die Nucleinsäuren, welche sich mit Eiweiß und Proteosen zu nucleinähnlichen Niederschlägen vereinigen. Durch Kossels Arbeiten wurden die Spaltungsprodukte der Nucleinsäuren weiter aufgeklärt und nachgewiesen, daß neben Phosphorsäure regelmäßig Xanthin- und Pyri- midinbasen sowie Kohlenhydratgruppen gebildet werden. Kossel und Lilienfeld (6) stellten für den Aufbau des Nucleo- proteids der Erythrocyten des Gänseblutes folgendes Schema auf: 1. Histon 2. N u c 1 e i n (Leukonuclein) hat sauren Charakter; aber löslich in Mineral- säuren. Zerfällt bei Be- handlung mit starkem Alkohol in: Eiweiß 2. Nuclein8äure(hier Adenylsäure). Diese gibt bei der Säurehydrolyse Purinbasen, Thymin, Lävulinsäure und Phosphorsäure. Nucleohiston ^! löslich in Wasser, zerfällt bei Be- handlung mit HCl, Ca(OH), oderBa(OH),in: Die Resultate von Lilienfeld sind in neuerer Zeit durch Steudel (7) für das Thymus-Nucleohiston bestätigt worden. Die nativen Nucleoproteide sind schwer unzersetzt zu erhalten; am besten durch Anwendung kalter indifferenter Extraktionsmittel (8). Wenn man höhere Temperatur ver- wendet, so erhält man die bereits als Zersetzungsprodukte anzusprechenden ,,jS-Nucleoproteide". Es handelt sich um wasserlösliche koaguliorbare Stoffe, welche aussalzbar sind, Säurecharakter haben, und im übrigen Eiweißmerkmale besitzen. Den vorhandenen Elementaranalysen kann man noch keine definitive Geltung zuschreiben (9). Stets ergab sich ein hoher Phosphorgehalt,, 0,3 bis 3,0% P. ; Eisengehalt scheint in einer Reihe von Fällen nachgev/iesen. Von den pflanzlichen Nucleoproteiden wurde dasjenige der Gerste durch Petit (1 0), und durch Ascoli (11) jenes der Hefe 1) G. Salomon, Ber. ehem. Ges., ii, 574 (1878); 12, 95 (1879); 13, 1160 (1880). — 2) Kossel, Verh. physiol. Ges., Berlin 1891. — 3) Liebermann, Ber. ehem. Ges., 21, 598 (1888). Pflüg. Arch., 47, 155 (1890). J. Pohl, Ztsch. physiol. ehem., 13, 292 (1889). Giertz, Ebenda, 28, 115 (1899). E. Fuld, Hofmeist. Beiti., 2, 155 (1902). — 4) Kossel, Pflüg. Arch. (1884), p. 307. Ztsch. physiol. Chem., 5, 611 (1884). C. FoÄ, Atti Acc. Line, 13, 342 (1904). — 5) R. Alt mann, Arch. f. Physiol. (1889), p. 524. — 6) A. Kossel u. Lilienfeld, Arch. f. Physiol. (il892), p. 128; Kossel u. Neumann, Ber. chem. Ges., 27, 2215; C. FoÄ., Archiv, di Fisiol., 2, 96 (1904). — 7) H. Steudel, Ztsch. physiol. Cham., 87, 207 (1913). — 8) Dar- stellung: Fr. Samuely, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 2, 449 (1909). P. Hirsch, Abderhaldens biochem. Handlexikon, 9, 237 (1915). — 9) Vgl. Ham- MARSTEN, ztsch. physiol. Chem., 19, 19 (1894). Umber, Zentr. Physiol. (1900), p. 462. — 10) Petit, Compt. rend., iii, 995 (1893). Milznuclein: Sato, Biochem. Ztsch., 22, 489 (1909). Hugounenq u. Morel, Compt. rend., 140, 1065 (1905). — 11) A. AscoLi, Ztsch. physiol. Chem., 28, 426 (1899). 106 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Pi-oteinstoffe als eisenhaltig angegeben. Doch hat Saüerland den Eisengehalt der echten Nucleinsäuren in Abrede gestellt (1). Das Eisen ist stets in einer durch die Reagentien auf zwei- und dreiwertige Eisen-Ionen nicht nachweisbaren Form gefunden worden. Über die optische Aktivität der Nucleoproteide haben Gamgee und Jones (2) Untersuchungen angestellt. Gewöhnlich versucht man die mikrochemische Erkennung der Nucleo- proteide durch die intensive Speicherung bestimmter Anilinfarben in be- sonders nucleoproteidreichen Zellorganen zu führen: Flemmings Chromatin des Zellkerns. Doch hat Heine (3) darauf hingewiesen, daß man auf Grund dieses Verhaltens kaum eine Entscheidung über Lokalisation und Verände- rung verschiedener Nucleoproteide führen kann, und daß Täuschungen nicht ausgeschlossen sind. Im allgemeinen dürfte es aber zutreffen, daß nucleoproteinreiche Zellorgane „basische Anilinfarben" im Sinne Ehelichs stärker speichern als nucleinfreie Teile, und deshalb aus geeigneten Farb- stoffmischungen wie Fuchsin-Methylenblau oder Fuchsin- Jodgrün den blauen resp. grünen Farbstoff an sich ziehen: Auekbachs Chromatophihe, Cyanophilie, Erythrophilie (4). Doch ist es ganz unsicher mit Auerbach auf die ,, Cyanophilie" und ,, Erythrophilie" die Existenz verschiedener Nucleine zu fundieren, ja selbst nicht sicher, ob in allen Fällen die „cyano- philen" Organe auch wirklich die nucleinreicheren sein müssen, wie ver- schiedenfach angenommen worden ist (5). Von Monti und Lilienfeld, ferner von Pollacci (6) wurde versucht, die Nucleoproteide durch eine Phosphorsäureprobe mit Ammoniummolybdat und Salpetersäure mikro- chemisch nachzuweisen. Eine Kritik dieses Verfahrens hat Heine (7) ge- liefert. Man hat ferner den Eisennachweis zur Nucleinprobe herangezogen, durch längere Behandlung müt Ammoniumsulfid und Anstellung der Berhner- blauprobe (Magallum) (8), oder nach Behandlung mit konzentrierter Schwefelsäure nach Gilson (9). Endlich wurde nach Mieschers Vorgang die Spaltung der Nucleoproteide mit Pepsin-HCl auf botanischem Gebiete besonders durch Zacharias (1 0) benutzt, und aus dem Zurückbleiben ,, unverdaulichen Nucleins" auf Nucleoproteide geschlossen. Diese Probe ist nicht eindeutig, da Verdauungsfermente das Nuclein nicht unverändert lassen müssen, und noch andere komplexe Proteide und Protamine schwer angreifbare Rückstände liefern. Immerhin geben die chromatinreichen Zellkernchromosomen starke MiLLONsche Probe, Eisenreaktion, Molybdän- probe neben der Farbstoffspeicherung, so daß man mindestens auf das Nebeneinandervorkommen von viel Eiweiß mit Nucleinsäuren schließen darf. Das aus den Zellkernen der Erythrocyten des Gänseblutes abspaltbare Nucleohiston wurde vonKossEL (11) näher charakterisiert. Auch das Histon aus demThymusnucleoproteid ist untersucht (12). Nach Goubau(13) wären 1) F. Sauerland, Zisch physiol. Chem., 64, 16 (1910). — 2) A. Gamgee u. W. Jones, Hof meist. Beitr., 4, 10 (1903). Proe. Roy. Soc, 72, 100 (1903). — 3) L. Heine, Ztsch. physiol. Chem., 21, 494 (1896). — 4) Auerbach, Berl. Akad. (1891), p. 713. P. ScHOTTLAENDER, Ber. bot. Ges., 20, 27 (1892). Rosen, Auerbach, Botan. Zeiitr., 50, 8 (1892). Rosen, Ebenda, 60, 115 (1894). Cohns Beitr. z. Biol. d. Pfl., 5 (1892). — 5) E. Zacharias, Ber. botan. Ges., 11, 188 (1893). Lilienfeld, Physiol. Ges., Berlin 1892/93, Nr. 2; Arch. Physiol (1893), p. 391. Malfatti, Botan. Zentr., 55, 162 (1893). — 6) Lilienfeld u. Monti, Ztsch. physiol. Chem., 17, 410; Pollacci, Malpighia, 8, 94. — 7) L. Heinf, Ztsch. physiol. Chem., 22, 1S2 (1896). Raci- BORSKi, Botan.-Ztg. (1894), p. 245. — 8) Magallum, Ztsch. wiss. Mikrosk., 9, 337 (1892). — 9) Gilson, Rep. Brit. Assoc. Advanc. Sei. (1892), p. 778. — 10) Zacharias, Bot.-Ztg. (1881), p. 169, 827; (1882), p. 651; Ber. botan. Ges., 19, 377 (1901); II, 293 (1893);' j6, 185 (1888). — 11) Kossel, Pflüg. Arch. (1884), p. 307. Ztsch. physiol. Chem., 8, 511 (1884). — 12) Lilienfeld, Ebenda, 18, 473 (1893). HuiSKAMP, Ebenda, 32, 145 (1901); 39, 55 (1903). Bang, Hofmeist. Beitr., 4, 116 (1903). Biochem. Zentr, (1903), Ref. 626. H. Steudel, Ztsch. physiol. Chem., 90, 291 (1914). — 13) F. GouBAU, Bull. Ac. Roy. Belg. (1911). § 8. Einteilung der Eiweißkörper und spezielle Betrachtung der einzelnen Gruppen. 107 zwei Formen des Histons zu unterscheiden: ein in 0,5% NaCl unlösliches, das in der Thymusdrüse gefunden wird, und ein in dieser Salzlösung lösliches, das in anderen Organen verbreitet ist. Die Nucleohistone haben sauren Charakter. Ob immer Histone als Komponenten der Nucleoproteide auf- treten müssen, ist zweifelhaft; Miescher wie Kossel zeigten, daß reifes Fischsperma an Protamine gebundene Nucleinsäure enthält. Über die Nucleinpaarlinge pflanzlicher Nucleoproteide ist bisher nichts bekannt. Levene und Mandel (1) haben bei der totalen Hydrolyse der Nucleo- proteide aus Milz und Milchdrüse eine Reihe verschiedener Aminosäuren gefunden, darunter viel Glutaminsäure, aber nicht auffallend viel Hexon- basen. Es ist unsicher, welche derselben auf die Histonkomponente kommen. Der bei der Pepsin- Salzsäure-Hydrolyse von Nucleoproteiden ver- bleibende unlösliche phosphorsäurereiche Rückstand wird seit Miescher als Nu dein bezeichnet. Hier ist der Gesamtphosphor des nativen Pro- teids vorhanden, dessen eiweißartiger Nucleinpaarling der weiteren Hydro- lyse verfallen ist. Durch schwache Natronlauge läßt sich, wie Kossel zeigte, derselbe Effekt erzielen, und so wurde auch das Hefenuclein dar- gestellt. Ob in der lebenden Zelle irgendwo freies Nuclein vorkommt, ist unbekannt. Die bisher dargestellten Nucleine dürfen kaum als reine Stoffe angesehen werden. Man fand in ihnen 4—7% P, ihre sauren Eigenschaften sind stärker ausgeprägt als bei den nativen Nucleoproteiden, ihre Löslich- keit in Säure ist gering. Pepsin-HCl löst den Angaben von Milroy (2) zufolge manche Nucleine. Auch Umber (3) gab an, daß Pankreasnucleo- proteid bei der peptischen Verdauung fast völlig in Lösung geht. Noch viel energischer wirken tryptische Enzyme ein, wie die Bildung von Xanthin- basen bei der Autolyse (Selbstgärung) der Hefe zeigt (Salkowski) (4), und die Erfahrungen von Popoff und Araki über Trypsinwirkung und Erepsinwirkung auf Nuclein lehren (5). Das Hefenuclein hatten viel- leicht schon Braconnot und andere ältere Autoren in Händen (6). Eine genaue Beschreibung seiner Darstellung ist bei Kossel (7) einzusehen. Das von Petit (8) aus Gerstenembryonen und gekeimter Gerste gewonnene Nucleinpräparat dürfte noch viel unzersetztes Nucleoproteid ein- geschlossen haben. Nach Stutzer (9) enthalten Schimmelpilze vom Gesamt-N 19,86% Amid- und Pepton-N, 39,39% Eiweiß-N und 40,75% Nucleinstickstoff. Hefe enthält 10,11% Amid- und Pepton-N, 63,80% Eiweiß-N und 26,09% Nuclein-N. Dabei ist es allerdings fraglich, ob auch der ganze „Nuclein-N',' Nucleoproteiden entspricht. Klinkenberg (10) bestimmte bei verschiedenen pflanzlichen Materialien den ,, Nuclein-N", Nucleinschwefel und Nuclein- phosphor und fand, daß sich die Relation von P : N : S bei Mohnsamen, Erdnuß, Raps und Baumwollsamcn annähernd gleich stellte, während die Hefe abwich. 1) Levene u. J. A. Mandel, Biochem. Ztsch., 5, 33 (1907). Mandel, Ebenda, 23, 245 (1909). — 2) T. H. Milroy, Ztsch. physiol. Cham., 22, 307 (1896). — 3) F. Umber, Zentr. Physiol. (1901), p. 334. — 4) Salkowski, Ztsch. physiol. Chera., 13, 506 (1881). M. Schenk. Ztsch. Spirit. ind., 28, 397 (1905). Woch.schr. f. Brauerei (1905), Nr. 16. Reh, Hof meist. Beitr., 3, 569 (1903) fand bei Autolyse von Lymphdrüsen auch Uracil und Thvmin. — 5) P. M. Popoff, Ztsch. physiol. ehem., 18, 533 (1894). Araki, Ebenda, 38, 84 (1903). — 6) Braconnot, Ann. Chim. et Phys., 47, 60 (1831). Quevenne, Journ. Pharm, et Chim., 24, 265 (1838). Schlossberger, Lieb. Ann., 51, 193. Pasteur, Die Alkoholgärung (1858), p. 86, Bechamp, Compt. rend., 61, 689 (1868). — 7) Kossel, Ztsch. physiol. Chem., 3, 284 (1879); 4, 290 (1880). — 8) Petit, Compt. rend., in. 995 (1893). — 9) Stutzer, Ztsch. physiol. Chem., 6, 155 u. 572 (1882). — 10) W. Klinkenberg, Ebenda, p. 566. 108 Zweiunddreißigstes Kapitel : Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. Von Elementaranalysen der Nucieine seien folgende angeführt. Hefenuclein nach Kossel: 40,81%C; 5,38% H ; 15,98% N; 6,19% P; 0,38%S. Gerstennuclein nach Petit: 43,18% C; 6,64% H; 12,86% N; 1,11% P; 0,195% Fe. Leukocytennuclein nach Hoppe-Seyler: 49,58% C; 7,10% H; 15,02% N; 2,28% P. Über quantitative Nucleinbestimmung sind die Angaben von Kossel (1) zu vergleichen. Wie erwähnt, liefern die Nucieine bei vorsiehtiger Spaltung einer- seits" Eiweißkomplexe in geringer Menge, andererseits Nucleinsäure, welche letztere den gesamten Nucleinphosphor enthält. Eine andere Spal- tung des Nucleins würde nach Siegfried (2) bei der Bildung der Phosphor- fleischsäure des Muskelextraktes unterlaufen, welche Siegfried als peptonartiges Nuclein, ,,Nucleon", ansieht. Die Nucleinsäuren wurden zuerst durch Altmann (3) unzersetzt gewonnen, der auch erkannte, daß das von Miescjier (4) aus Lachssperma dargestellte ,, Nuclein" eine Nucleinsäure gewesen ist. Abgesehen von der Myconucleinsäure aus Hefe und der Triticonucleinsäure aus Weizensamen sind die besser untersuchten Nucleinsäurenpraparate tierischer Provenienz. Sie sind bedeutend reinere Präparate als die Nucieine selbst. Um die Methodik der JDarstellung haben sieh besonders Kossel und Neumann (5), sodann Bang, Levene und Osborne verdient gemacht (6). Die Thymusnucleinsäure untersuchten ferner Steudel, Levene sowie Jones und Austrian (7), die nahe ver- wandten Stoffe aus Fischsperma Levene, Alsberg, Inouye und andere (8), Levene die Nucleinsäure aus Milz (9), die Pankreasnucleinsäure unter anderen Fürth sowie Feulgen(IO), jene aus Milchdrüse Mandel und Levene (11), Inouye die Darmnucleinsäure (12), Mandel und Levene die Nierennucleinsäure (13), die Nucleinsäure aus der menschlichen Plazenta Kikkoji(14). Man neigt gegenwärtig zu der Annahme, daß die meisten dieser Stoffe miteinander identisch sein dürften und eine in den 1) Kossel, Ztsch. physiol. Chem., 7, 7 (1883). — 2) M. Siegfried, Ber. ehem. Ges., 28, 515 (1896). Th. R. Krüger, Ztsch. physiol. Chem., 22, 95 (1896). Panella, Biochem. Zentr. (1903), Ref. 1405. — 3) R. Altmann, Arch. Physiol. (1889), p. 524. — 4) Miescher, Verh. Naturf. Ges., Basel, 6, 138 (1874). — 5) A. Kossel u. A. Neumann, Arch. Physiol. (1894), p. 194; Neumann, Ebenda (1899), Suppl., p. 552. 0. Schmiedeberg, Arch. exp. Pathol., 57, 309 (1907). — 6) J. Bang u. Raaschou, Hofmeist. Beitr., 4, 175 (1903). Biochem. Zentr. (1903), Ref. 624. P. A. Levene, Chem. Zentr. (1901), II, 644; Ztsch. physiol. Chem., 32, 541 (1901). Zentr. Physiol. (1909), p. 488; Journ. Amer. Chem. Soc, 22, 329 (1900). Osborne, Ztsch. physiol. Chem., 36, 85 (1902). Mendel u. Underhill, Amer. Journ. of Physiol., S, 311 (1903). H. Steudel, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 2, 570 (1909). A. W. Peters, Journ. Biol. Chem., 10, 373 (1911). — 7) Thymonucleinsäure: H. Steudel, Ztsch. physiol. Chem., 43, 402; 46, 332 (1905); 49, 406 (1906); 53, 14 (1907); 77, 497 (1912). Levene u. Mandel, Ber. chem. Ges., 41, 1905 (1908); Levene u. Jacobs, Journ. Biol. Chem., 12, 377 u. 411 (1912). W. Jones u. Austrian, Ebenda, 3, 1 (1907). Marshal jr., Journ. Biol. Chem., 15, 81 (1913). FeulgeNj Ztsch. physiol. Chem., go, 261 (1914). Germann, Journ. Biol. Chem., 25, 189 (1916). — 8) K. Inouye, Ztsch. physiol. Chem., 48, 181 (1906); Levene u. Mandel, Ebenda, 49, 262 (1906); 50, 1 (1906); Steudel, Ebenda, 49, 406 (1906); 53, 14 (1907); 83, 72 (1913). — 9) Levene u. Mandel, Journ. exp. Med., 8, 178 (1906). Ztsch. physiol. Chem., 45. 370 (1905); 47, 151 (1906). — 10) 0. v. Fürth u. E. Jerusalem, Hofmeist. Beitr., jo, 174 (1907); 11, 146 (1907); R. Feulgen, Ztsch. physiol. Chem., 88, 370 (1913). Knopf, Ebenda, 89, 170 (1914). — 11) J. A. Mandel u. Levene, Ebenda, 46, 155 (1905). Biochem. Ztsch., 23, 246 (1909). — 12) K. Inouye, Ztsch. physiol. Chem., 46, 201 (1905). —13) Mandel u. Levene, Ebenda, 47, 140 (1906). — 14) T. Kikkoji, Ebenda, 53, 411 (1907). § 8. Einteilung der Eiweißkörper und spezielle Betrachtung der einzelnen Gruppen. ] 09 meisten tierischen Organen verbreitete echte Nucleinsäure anzunehmen sei(l). Bei der durch Neumann eingeführten Darstellung von Nuclein- &hmv aus tierischen Organen wird das durch Aufkochen mit leicht essig- saurem Wasser gehärtete Organ zerkleinert und mit verdünnter Natron- lauge bei Gegenwart von Natriumacetat in der Wärme extrahiert. Dieses Verfahren beruht darauf, daß nur die freien Nucleinsäuren, nicht aber deren Salze, gegen Kochen mit verdünnter Säure oder Alkali empfind- lich sind. Freie Nucleinsäure ist in kaltem Wasser wenig löslich aber quell- bar, doch gibt CS auch eine leichter lösliche Hydratstufe. Alkalien lösen sie leicht und aus dieser Lösung wird sie durch Mineralsäuren, auch durch verdünnten, schwach sauren Alkohol gefällt. Nucieinsäurelösungen sind opt'scb- aktiv, rechtsdrehend (2). Nucleinsäure wird durch die Alkaloid- reagentien, sowie durch Schwermetallsalze gefällt. Die früher angegebene Xanthoproteinreaktion sowie die Probe nach Adamkiewicz-Hopkins rühren von verunreinigendem Eiweiß her. Der Phosphorgehalt ist un- gefähr 9%. Schwefel ist nicht vorhanden, Eiweißkomplexc nicht nach- weisbar. Für die Thymusnucleinsäure wird als prozentische Zusammen- setzung 57,18% C, 4,14% H, 15,14% N und 8,94% P angegeben. Steudel berechnet als Formel C43H57N16O30P4. Eisengehalt wird in neuerer Zeit in Abrede gestellt. Die pflanzhchen Nucleinsäuren lassen noch manchen Zweifel offen. Die Hefenucleinsäuro, welche Slade (3) nach dem Verfahren von Neu- mann darstellte, wurde von Boos (4), Kowalewsky (5) und durch Levfne (6) untersucht. Soweit die differierenden Analysenergeb- nisse einen Schluß erlauben, dürfte die Myconucleinsäure kohlenstoff- ärmer sein als die tierische Nucleinsäure, hat jedoch denselben Stick- stoff- und Phosphorgehalt. Levene kam zur Aufstellung der Formel C38H49Ni5P4029. Dlc vou OsBORNE uud Harris zuerst aus dem Embryo des Weizenkorns dargestellte Triticonucleinsäure (7) könnte nach Levene mit der Myconucleinsäure identisch sein, doch ist diese Nucleinsäure schwierig rein darzustellen, so daß erhebliche Differenzen in der elemen- taren Zusammensetzung zwischen beiden Nucleinsäurepräparaten be- stehen. Die wässerige Lösung der Triticonucleinsäure ist optisch aktiv, rechtsdrehend, sowie die übrigen Nucleinsäuren. Noch weniger darf man von der aus Tuberkelbacillen von Levene dargestellten Nucleinsäure hoffen, daß es sich um ein genügend reines Präparat handele (8). Oxydationsversuche mit Nucleinsäure haben Kutscher und See- mann (9) unter Anwendung von Calciumpermanganat unternommen, wobei Harnstoff und Imidoharnstoff, jedoch keine Harnsäure erhalten wurde, weil 1) Vgl. W. Jones, Journ. Biol. Chem., 5, 1 (1908). A. Rollett, Abderhaldens biochem. Handlexikon, 4, 997 (1911). P. A. Levene, Journ. Amer. Chem. Soc, 32, 231 (1910). — 2) Vgl. hierzu: Feulgen, Ztsch. physiol. Chem., 104, 189 (1919). — 3) H. B. Slade, Amer. Journ. of Physiol., 13, 464 (1905). — 4) W. F. Boos, Arch. exp. Pathol., 55, 16 (1906). Journ. Biol. Chem., 5, 469 (1909).' — 5) K. Kowalew- sky, Ztsch. physiol. Chem., 69, 248 (1910). — 6) P. A. Levene, Biochem. Ztsch., 17, 120 (1909); Ber. chem. Ges., 42, 2474 u. 2703 (1909); 43, 3160 (1910); 44, 1027 (1911); 45, 608 (1912). A. Ch. Chapman, Analyst, 43, 259 (1918). — 7) Th. B. Os- borne u. J. f. Harris, Rep. Connecticut Agr. Exp. Sta. (1901), p. 365; Amer. Journ. of Physiol., 9, 69 (1903); Levene u. La Forge, Ber. chem. Ges., 43, 3164 (1910). — 8) Levene, Ztsch. physiol. Chem., 32, 541 (1901). Für Nuclein aus Bac. coli commune: M. F. Leach, Journ. Biol. Chem., /, 463 (1906). — 9) F. Kutscher u. J. Seemann, Ber. chem. Ges., 36, 3023 (1903). Burian, Ztsch. physiol. Chem., 43, 494 (1906). 110 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. letztere bei der Permanganatoxydation weiter abgebaut wird. Steudel (1 ) hat durch die Einwirkung von Salpetersäure neben Xanthin- und Pyrimidin- basen und Oxalsäure eine Kohlenhydratsäure dargestellt, die er vorläufig als „Epizuckersäure" bezeichnete. Die Verbindungen der Nucleinsäure mit Anilinfarbstoffen sind nach Feülgen (2) als Salze aufzufassen. Ob aber alles das, was die Cytologen als ,, Chromatin" bezeichnen, mit Nucleinsäure identisch ist, erscheint durch die Angaben von Masing (3) zweifelhaft, indem es sich nachweisen ließ, daß im Cytoplasma des unbefruchteten Seeigeleies eine große Menge Nuclein- phosphor enthalten ist, so daß man die Chromatinvermehrung während des Furchungsvorganges, für die Loeb an der Hand der bisherigen Vorstellungen mit Recht eine ausgiebige Nucleinsynthese postuliert hat, nicht von einer entsprechenden Nucleinvermehrung begleitet sieht. Manche Verwirrung in der Erforschung der Nucleinsäuren ist durch die Tatsache entstanden, daß in mehreren Fällen die echte Nucleinsäure von einfacher gebauten Stoffen begleitet wird, die unverkennbar in genetischer Verbindung mit der Nuclein- säuresynthese in der Zelle stehen, da ihre Bestandteile jenen der Nuclein- säuren sehr nahestehen, und nur der einfache Aufbau den Unterschied zwischen ihnen und den Nucleinsäuren abgibt. Man kennt zwei solche Stoffe aus dem Tierreiche genauer. Der eine ist die von Hammarsten und von Bang aus der Pankreasdrüse isolierte Guanylsäure (4), welche bei der totalen Hydrolyse als einziges stickstoffhaltiges Produkt Guanin liefert, als Kohlen- hydrat die Pentose d-Ribose und Phosphor säure. Steudel sowie Levene geben der Guanylsäure eine viel kleinere Formel als Bang, nämlich CioHiiNgPOg. Die bereits von Liebig 1847 im Muskel entdeckte Inosin- säure (5) scheint nach Levene und Jacobs (6) in ähnlicher Weise eine Ver- bindung von je einem Äquivalent Phosphorsäure, Pentose (Ribose?) und Hypoxanthin zu sein. Die sogenannte Glucothionsäure aus Milz und ver- schiedenen anderen tierischen Organen ist noch wenig geklärt (7). Sie sei hier erwähnt, da sie aus Nucleoproteidpräparaten dargestellt worden ist. Es handelt sich um eine Schwefel, in Form gepaarter Schwefelsäure, und Stick- stoff, angeblich auch nicht wenig Phosphor enthaltende Substanz, deren Spaltungsprodukte noch eines näheren Studiums bedürfen. Wahrschein- lich werden solche den echten Nucleinsäuren anzureihende einfachere Stoffe auch in Pflanzen nachzuweisen sein, doch fehlen bisher Angaben völlig. In der Besprechung des Aufbaues der echten Nucleinsäuren wollen wir wie bei den Eiweißkörpern die Produkte der totalen Hydrolyse zuerst betrachten. 1. Phosphorsäure. Schmiedeberg (8) hat zuerst darauf hingewiesen, daß dieselbe in esterartiger Bindung vorliegen dürfte und daß vier Atome 1) H. Steudel, Ztsch. physiol. Chera., 48, 425; 50, 538 (1906); 52, 62(1907). — 2) R. Feulgen, Ebenda, So, 73 (1912); 84, 309 (1913). — 3) E. Masing, Ebenda, 67, 161 (1910). — 4) J. Bang, Ztsch. physiol. Chem., 26, 133 (1898); Hof meist. Beitr., 11, 76 (1907); W. Jones u. Rowntree, Journ. Biol. Chem., 4, 289 (1908); 12, 31 (1912); H. Steudel, Ztsch. physiol. Chem., 53, 539 (1907); 68, 40 (1910); Levene u. Mandel, Biochem. Ztsch., 10, 221 (1908). Bang, Ebenda, 26, 293 (1910); Levene u. Jacobs, Ber. chem. Ges., 42, 2469 (1909); Journ. Biol. Chem., 12, 421 (1912). Kj. 0. AF Kleroker, Biochem. Ztsch., 47, 331 (1912). Knopf, Ztsch. physiol. Chem., 92, 159 (1914). Feulgen, Ebenda, 106, 249 (1919). — 5) J. Liebig, Lieb. Ann., 62, 317 (1847). — 6) Levene u. Jacobs, Ber. chem. Ges., 42, 1198 (1909); 44, 746 (1911); 41, 2703 (1908); Neuberg, Ebenda, p. 3376; F. Bauer, Hofmeist. Beitr , 10, 345 (1907). Kaiser u. Wenzel, Monatsh. Chem., jj, 357 (1910). — 7) Vgl. J. A. Mandel u. Neuberg, Biochem. Ztsch., 13, 142 (1908). Levene u. Mandel, Ztsch. physiol. Chem., 47, 151 (1906); ebenda, 45, 386 (1905). — 8) Schmiedeberg, Arch. exp. Pathol., 43, 57 (1899). C. L. Alsberg, Ebenda, 51, 239. § 8. Einteilung der Eiweißkörper und spezielle Behandlung der einzelnen Gruppen. 1 H Phosphor auf ein Molekül Nucleinsäure kommen. Steudels Versuche be- stätigten, daß in der Tat vier Phosphorsäurereste, und zwar an Kohlen- hydratgruppen gebunden im Nuclein anzunehmen sind. 2. Kohlenhydratgruppen. Kossel (1) hat unter den Produkten der Säurehydrolyse der Hefenucleinsäure Pentose und Hexose nachgewiesen. Hammarsten und Bang (2) fanden hierauf Pentose auch bei der Unter- suchung der Pankreasnucleinsäure. Andererseits wiesen Kossel und Noll (3) nach, daß bei der Säurehydrolyse der Nucleinsäure Lävulinsäure entsteht. Durch die Arbeiten von Steudel (4) ist die Auffassung begründet worden, daß die tierische Nucleinsäure unter ihren Kohlenhydratgruppen nur Hexosenreste besitzt. Da die Thyminsäure (ein Nucleinsäure- Derivat, welches noch alle PO4- und Kohlenhydratgruppen enthält) hinsichtlich der leichten Zerstörbarkeit der Zuckergruppen, der Empfindlichkeit gegen Alkali, der grünen Fichtönspanreaktion und der intensiven ScHiFFschen Aldehydprobe überraschend übereinstimmt mit dem Glucal von E. Fischer, so nahm Feulgen (5) an, daß in der Nucleinsäure eine dem Glucal nahe- stehende Kohlenhydratgruppe vorgebildet ist. Glucal ist ein aldehyd- artiges Glucosederivat, welches einen Furanring enthält; vielleicht H . C GH . OH I 1 HO.H2G.HG C:CH.OH \o/ Im Zusammenhang damit wmde man auch die Formel der echten Nuclein- säure modifizieren müssen und für nucleinsaures Natron das Molekular- gewicht 1390 und die Zusammensetzung C43H47026Ni5Na4 anzunehmen haben. Die aus tierischer Nucleinsäure gewonnene Pentose entstammt nicht der wahren Nucleinsäure, sondern gehört dem Komplex der Guanylsäure an. Es ist nachgewiesen, daß es sich stets um d-Ribose handelt (6). Hin- gegen führt man bei der Myconucleinsäure die hier gleichfalls auftretende d-Ribose auf Gruppen zurück, die der Nucleinsäure selbst angehören, wälirend die Hexosegruppen dem beigemengten Hefegummi entstammen sollen. Sowohl bei Guanylsäure als bei der Myco- und Triticonucleinsäure gelang es Levene und Jacobs zu zeigen, daß die Pentose einem Guanin-Ribosid- Komplex angehört, ein Stoff, der auch sonst in Pflanzen beobachtet wird und den Namen Vernin trägt. Als Produkt der Guanylsäure hatte man es als Guanosin bezeichnet, bis Schulze und Trier (7) die Identität mit Vernin nachwiesen. 3. Purinbasen. Die Bildung von Purin- oder Alloxurbasen aus Nuclein wurde 1879 zuerst für das Hefenuclein durch Kossel erwiesen, 1) Kossel, Verhandl. physiol. Ges., Berlin 14. Okt. 1892. — 2) Hammarsten, Ztsch. physiol. Chem., ig, 19 (1894). Bang, Ebenda, 26, 133 u. 145 (1898). — 3) Noll, Ebenda, 25, 430 (1898). Kossel u. Neumann, Ber. che^p. Ges., 27, 2216 (1894). K. Inouye, Ztsch. physiol. Chem., 62, 117 (1904). — 4) H. Steudel, Ztsch. physiol. Chem., 55, 407; 56, 212 (1908). — 5) Feulgen, Ztsch. physiol. Chem., 92, 154 (1914); ebenda, 100, 241 (1917); 104, 1 (1918). — 6) Levene u. Jacobs, Ber. chem. Ges., 42, 2102 u. 3247 (1909). C. Neuberg, Ebenda, 2806. Levene u. Jacobs, Ebenda, 43, 3147 (1910). Neuberg, Ebenda, p. 3501; Rewald, Ebenda, 3502; Th. R. Offer, Hof meist. Beitr., 8, 399 (1906). J. v. Braun, Ber. chem. Ges., 46, 3949 (1913). Früher: Neuberg, Ebenda, 35, 1467 (1902). Wohl- gemuth, Ztsch. physiol. Chem., 37, 475 (1903). Levene, Ebenda, p. 402. Araki, Ebenda, 38, 98 (1903). J. Bang, Deutsche med. Woch.schr. (1897), p. 324. Lang- stein, Ergebn. d. Physiol., i, I, (1902). van Ekenstein u. Blanksma, Chem. Weekbl., 11, 182 (1914). — 7) E. Schulze u. G. Trier, Ztsch. physiol. Chem., 70, 143 (1910). 112 ZweiunddreißigBtes Kapitel: Die physik. ü. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. der daraus Hypoxanthin und Xanthin, sodann auch Guanin und Adenin darstellte (1). Ohne daß der Zusammenhang mit den Nucleinen klargelegt wurde, war bereits 1850 das Hypoxanthin durch Scherer (2) aus Ochsen- milz gewonnen worden. Kossel schlug vor, als diese Xanthinbasen als charakteristische Spaltungsprodukte der Nucleine sichergestellt worden waren, dieselben als Nucleinbasen zu bezeichnen. Ihr Vorkommen als regrl- mäßige Abbauprodukte der Nucleine ist von hohem biologischen Interesse, weil es nahe liegt, die frei im Tier- und Pflanzenkörper vorkommenden Purinderivate, wie die Harnsäure der Tiere und die Methylxanthine dci Pflanze, mit den Nucleinen in genetischen Zusammenhang zu bringen. In der Tat hat Spitzer (3) für Xanthin und Hypoxanthin, sowie Schitten- HELM (4) für Adenin und Guanin gezeigt, daß diese Stoffe durch Gewebs- formente von Milz, Leber und Lunge fast quantitativ in Harnsäure über- geführt werden. Esv^wäre interessant andererseits die Wirkung pflanzlicher Gewebsfermente auf die Nucleine kennen zu lernen. Wie E. Fischer (5) gezeigt hat, stehen alle vier Nucleinbasen in engstem gegenseitigen Zusammenhang. Von der Stammform der ganzen Gruppe, dem Purin C5H4N4 ausgehend, welche die tautomeren Formen N = CH N=CH II II GH G — N\^ GH G — NHv^ II !! \gH oder 11 II >CH N— G— NH/ N— G — N/ haben kann, und welches den Kohlenstoffkern des Purins 1) N — 6) G I I 2) G 5) G — 7) Nx I I >8) G 3) N — 4) G — 9) N'^ enthält, der zwei Harnstoffresten und einer verbindenden ungesättigten dreigliedrigen Kohlenstoffkette entspricht, kann man auffassen: das Hypoxanthin als 6-Oxypurin: NH — GO I I GH G — NH\ II II >CH N C — N^ das Xanthin als 2,6-Dioxypurin: NH — GO I I GO G — NHv I II >CH nh-g-n/ * 1) Kossel, Ztsch. physiol. Chem., 3, 284; 4, 290; 5, 267; 6, 422 (1882). Bar. ehem. Ges., 18, 1928 (1885). — 2) Scheber. Lieb. Ann., 73, 328 (J850). — 3) W. Spitzer Arch. Physiol., 76, 192 (1899). Die ersten Versuehe rühren her von T. Horbaczewski, Monatsh. Chem., 12, 221 (1891). — 4) A. Schittenhelm, Ztsch. physiol. Chem., 42, 251 (1904); 43, 228 (1904); 50, 30 (1906); 77^ 7? (1912); Abderhalden, Handb. biochem. Arb.meth., 3, 420 (1910); M. Ascoli u. G. Izab, Biochem. Ztsch., 10, 366 (1908). — 5) E. FiscHER, Ber. chem. Ges., jo, Ö49 (1897); j/, 2550 (1898); J2, 435 (1899). Mikrochemischer Nachweis der Purinbasen: J. Courmont u. Gh. Andre, Soc. Biol., 57, 131 (1904). Synthese der Xanthinstoff e : W. Traube, Lieb. Ann., 331, 64 (1904); C. 0. Johns, Journ. Biol. Chem., it, 67 (1912). W. Traube u. DuDLEY, Ber. chem. Ges., 46, 3839 (1913). C. Brahm in Biochem. Handlexikon (Abderhalden), 4, 1014 (1811). Dexoxyxanthine: J. Tafel u. Frankl \d, Ber. chem. Ges., 42, 3138 (1909). » § 8. Einteilung der Eiweißkörper und spezielle Betrachtung der einzelnen Gruppen. 1 13 das Adenin als 6-Aminopurin : N=CNH2 I 1 CH G — NH\ II II >CH N — C-N/^ das Guanin endlich als 2-Amino-6-Oxypurin: NH — GO I I NHa-G G-NHv II II >CH N _G— n/^ Das Hypoxanthin wurde von Kossel aus dem mit Barythydrat neutralisierten Schwefelsäure- Hydrolysengemisch durch Ausfällung mit ammoniakalischer Silberlösung erhalten. Kossel wies es später auch in Weizenkleie, in Lycopodium und Senfsamen nach, Salomon in Lupinen- samen, wo es überall mit dem Nucleinstoffwechsel zusammenhängen dürfte. Ein quantitatives Verfahren mit Bestimmung als Hypoxanthinsilberpikrat hat Bruhns (1) ausgearbeitet. Auch das Xanthin ist durch verschiedene Untersuchungen als sehr verbreitetes Spaltungsprodukt von Nucleinsäure erkannt worden. Es läßt sich durch die leichtere Löslichkeit seiner Silberdoppelverbindung vom Hypoxanthin trennen und durch Ammoniak' aus der Lösung fällen (2). Das Adenin wurde zuerst aus Rinderpankreas durch Kossel (3) dargestellt und hierauf auch aus Hefenuclein gewonnen. Nach Bruhns (4) läßt es sich vom Hypoxanthin durch Überführung in die Pikrate trennen. Adeninpikrat ist schwer löshch, das Hypoxanthinsalz in kaltem Wasser leicht löslich. Es gibt nach Bruhns auch eine Adenin- Hypoxanthinver- bindung. Aus Hefe isolierten Mandel und Dunham (5) eine Adenin- Hexose- verbindung. Das von Unger (6) im Guano entdeckte Guanin endlich wurde als Produkt der Hefeautolyse von Schützenberger (7) neben Xanthin und Hypoxanthin gefunden. Kossel und Schindler (8) bestätigten diesen Befund. Lippmann (9) fand seine Entstehung aus Vernin bei der Spaltung mit Salzsäure. Mit konzentrierter HCl auf 200" erhitzt zerfällt es glatt in Ammoniak, COg, Ameisensäure und Glykokoll. Adenin erleidet dieselbe Spaltung. Durch Ammoniakabspaltung und Wasseraufnahme bei der Fäulnis gibt Adenin Hypoxanthin und Guanin Xanthin. Alle vier Basen fällt man aus dem Hydratationsgemisch mit am- moniakalischem Silbernitrat, zersetzt den Niederschlag mit heißer Salpeter- säure und erhitzt unter Zusatz von Harnstoff bis zur Lösung. Beim Er- kalten scheiden sich die AgNOg-Doppelsalze des Guanins, Adenins und Hypoxanthins krystallinisch aus, während die Xanthinverbindung in Lösung bleibt und daraus durch NH3 gefällt werden muß. Die drei erstgenannten Basen werden durch Zerlegung der Silberverbindung,mit Schwefelammonium 1) Bruhns, Ztsch. physiol. Chem., 14, bbl (1890). Gewinnung aus Harnsäure: SuNDWicK, Ebenda, 76, 486 (1912). — 2) Xanthin aus Harnsäure: Sundwick, I. c. Aus Guanin: E.' Fischer, Ber. chem. Ges., 43, 805 (1910). — 3) Kossel, Ber. chem. Ges., 18, 79. Ztsch. physiol. Chem., 10, 248 (1886). — 4) Bruhns, Ztsch. physiol. Chem., 14, 533 (1890). Ber. chem. Ges., 2?, 225 (1890). Barnett u. Jones, Journ biol. Chem., 9, 93 (1911). Pikrolonat: Levene, Biochem. Ztsch., 4, 320 (1907). — 5) J. A. Mandel u. Dunham, Journ. biol. Chem., 11, 85 (1912). Puringlucoside: E. Fischer u. Helferich, Ber. chem. Ges., 47, 210 (1914). — 6) B. Unger, Lieb. Ann., 5g, 58 (1846). — 7) Schützenberger, Ber. chem. Ges., 7, 192. — 8) Kossel, Ztsch. physiol. Chem., 6, 422 (1882). Schindler, Ebenda, 13, 432 (1889). — 9) Lippmann, Ber. chem. Ges., 29, 2653, Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3- Aufl., II. Bd. 8 114 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik, u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. in der Wärme frei gemacht, und man trennt das Guanin durch Digerieren mit warmem Ammoniak ab, in dem es unlöshch ist. Adenin und Hypo- xanthin trennt man mittels Natriumpikrat (Kossel, Schindler, Bruhns 1. c, Salkowski, Salomon){1). Vom Guanin und Adenin steht es sicher, daß dieselben, wo sie gefunden werden, primäre Produkte der Spaltung sind. Nicht dasselbe gilt von Xan- thin und Hypoxanthin, die sekundär aus den beiden erstgenannten Nuclein- basen hervorgehen. Die Formel der Nucleinsäure von Steudel sieht die Präexistenz von zwei Puringrüppen im Molekül der Nucleinsäure vor. Nach den Diazotierungs versuchen von H. Fischer (2) könnte die Bindung der Puringrüppen in dem Nucleinsäurekomplex entweder an der Stelle 7 oder 8 erfolgen. Mit den Phosphorsäuregruppen, entgegen früherer Annahme (3), stehen die Puringrüppen nicht in direkter Verbindung. Für die Genese der Puringrüppen sind ihre Beziehungen zu der folgenden Gruppe, den Pyri- midinen. von großer Wichtigkeit (4). 4. Pyrimidinbasen. Die Abkömmlinge des Pyrimidins mit dem (1)N-(2)C-(3)N Kohlenstoff kern: ,^ • ,^,„ ,, • stellen die Verbindung emes Harnstoff- (6)C— (5)C— (4)C Testes mit einer dreigliedrigen Kohlenstoffkette dar, während die Purinbasen an die letztere zwei Harnstoffreste geknüpft haben. Pyrimidin- und Purin- basen stehen, wie die Synthesen der letzteren mehrfach gezeigt haben, in engerem chemischen Zusammenhange. Purinbasen entstehen leicht aus Pyrimidinderivaten und dem im Histidin vorgebildeten Imidazol (5). Die Frage, ob die Pyrimidinbasen nicht bei der Hydrolyse sekundär aus Purinderivaten entstehen, ist viel erörtert worden, doch ist es sicher, daß es sich um primär aus den Nucleinsäuren abgespaltene Produkte handelt (6). Bezüglich des biologischen Zusammenhanges ist zu bedenken, daß Steu- del (7) gezeigt hat, daß sich Pyrimidinderivate aus Ureido-Aminosäuren bilden können. Man kennt drei Pyrimidinbasen als Spaltungsprodukte des Nucleins: das Uracil oder 2,6-Dioxypyrimidin, das Thymin oder 5-Methyl-2,6-Dioxy- pyrimidin und das Cytosin oder 6-Amino-2-Oxypyrimidin. Nachdem Gorup-Besanez (8) aus Thymusdrüse eine Base „Thymin" angegeben hatte, stellten 1894 Kossel und Neumann aus der Thymus- nucleinsäure und aus Rindermilz ihr Thymin rein dar. Auch Schmiede- bergs „Nucleosin" (9) war mit Thymin identisch. Das krystailisierte Thymin entspricht nach der Molekulargewichtsbestimmung der Formel CsHgNaOg. Die Vermutung von Kossel und Jones (10), daß es sich um ein Pyrimidin- 1) Salkowski, Virch. Arch., 50, 193; Salomon, Ber. ehem. Ges., 16, 195 (1883). Neubauer, Ztsch. atialyt. Cham., 7, 398; Levene u. Mandel, Biochcm. Ztsch., jo, 215 (1908). H. Steudel, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 2, 570 (1910). Bestimmung d. Purinbasen in Nucleinsäuren: Feulgen, Ztsch. physiol. ehem., J02, 244 (1918). — 2) H. Fischer, Ztsch. physicl. Chem., 60, 69 (1909). — 3) R. BuRiAN, Ebenda, .-2, 297 (1904). Ber. ehem. Ges., J7, 708 (1904). — 4) Bildung von Purinen aus Han stoffpyrimidinen: Tr. B. Johnson u. E. Mg. Collum, Amer. Chem. Journ., 36, 149 (1906). C. 0. Johns, Ebenda, 41, 58 (1909). — 5) Johnson, Journ. Amer. Chem. Soc, 36, 337 (19^4). — 6) H. Steudel, Ztsch. physiol. Chem , 53, 508 (1907). R. Burian, Ebenda, 51, 438 (19Q7). Tho. B. Os- BORNE u. F. W. Heyl, Amer. Journ. Physiol., 21, 157 (1908). — 7) Steudel, Ztsch. physiol. Chem., 39, 136 (1903). Synthese von Pyrimidinen aus Harnstoff und Nitromalonaldehyd: W. J. Halb u. H. C. Brill, Journ. Amer. Chem. Soc, 34, 62 (1912). TRAUBEsPyrimidinsvnthese: Ber. chem. Ges., ^j, 532(1908). Auch T. B. Johnson u. Chernoff, Journ. Amer. Chein. Soc, 35, 585 (1913); ebenda, 36, 345 (1914). — 8) E. VON GoRUP, Besanez, Lieb. Ann., 89, 114 (1854). — 8) Schmiedeberg, Arch. exp. Pathol., 37, 100. — 10) Kossel u. Jones, Ztsch. physiol. Chem., 29,20 (1899). Gulewitsch, Ebenda, 27, 292 (1899). § 8. Einteilung der Eiweißkörper und spezielle Betrachtung der einzelnen Gruppen. 115 derivat handele, wurde durch Steudel(I) und schließlich- durch die Syn- these des Thymins durch F. Bischer und Roeder (2) bestätigt. Thymin NH . CO . NH hat die Konstitution: co.C(CH3)=CH In den tierischen Nucleinsäurepräparaten ist Thymin stets gefunden worden, doch fehlt es den beiden aus dem Pflanzenreiche stammenden Nucleinsäuren, Myco- und Triticonucleinsäure. Beim Erwärmen freier Nucleinsäure auf dem Wasserbade entsteht, wie Kossel fand, die Thymin- säure, die nach ihren Zerfallsprodukten Thymin undCytosin durch den Aus- tritt von Guanin und Adenin aus Nucleinsäure hervorgehen dürfte (3). Das Cytosin wurde 1894 durch Kossel und Neumann bei der Spal- tung der Thymusnucleinsäure durch Schwefelsäure zuerst aufgefunden. Kossel und Steudel (4) erhielten dieselbe Base aus Stör-Testikeln und stellten die Formel C4H6N3O fest. Da Cytosin mit salpetriger Säure Uracil liefert, muß es sich uro ein Aminooxypyrimidin handeln. Die Bildung von Biuret bei der Permanganateinwirkung legt seine Konstitution als 2-Oxy- C— CH— NH 6-Aminopyrimidin fest: • • . Das Cytosin wurde auch N rl 2 * N — LiU — L.s, Journ. biol. Chem., r;, 71 (1914); 20, 25 (1915); 25,"^ 93; 29, 111 (1917). Jones, Nucleic Acid their ehem. propert. etc., London 1914. Bottomley, Proc. Rov. Soc, B, gu. 39 (1917) will Dinucleotide aus Torf als bacterielle Nucleinspaltungsprodukte isoliert haben. — 4) R. Feulgen, Ztsch. physiol. Chem., loi, 288 (1918). 118 Zweiunddreißigstes Kapitel: Die physik. u. ehem. Eigensch. pflanzl. Proteinstoffe. fermentative Nucleinspaltungen sind bisher nicht bekannt. Zuerst sind Nucleasewirkungen von der Autolyse (Selbstgärung) der Hefe bekannt geworden, in welcher Xanthinbasen und freie Phosphorsäure auftreten. Die Ansicht, daß es sich um Wirkungen von Trypsin handele, hat Sachs (1) widerlegt. Die Nuclease wird vielmehr von Trypsin selbst zerstört. Die Nuclease aus Pankreassaft hat hierauf Abderhalden (2) untersucht ; Levene und LA Forge (3) haben für die Darmnuclease sichergestellt, daß dieselbe auch Nucleoside spaltet. Von pflanzlichen Nucleasen sind besonders jene der Kryptogamen besser bekannt. Kikkoji (4) untersuchte das Nucleinsäure spaltende Ferment des Pilzes Cortinellus edodes, und stellte die Abspaltung freier Purinbasen und freier H3PO4 fest. TsuJi (5) fand bei der Untersuchung desselben Pilzes, daß als Zwischenprodukte Guanosin, vielleicht auch Adenosin, auftreten, und er wirft die Frage auf, ob hierbei nicht zwei Fermente tätig sind, eines, welches die Nucleinsäure verflüssigt, ein anderes, welches die totale Spaltung vollzieht. Auch P. de la Blanchardiere (6) gab an, daß Lösung und Spaltung der Nucleinsäure nicht immer parallel laufen. Teodoresco (7) untersuchte die Nuclease von Pteridium-Blättern und jene aus der Flechte Evernia Prunastri, hauptsächhch im Hinblick auf das Temperaturoptimum und -maximum. Ersteres ergab sich bei 34'', das Maximum bei 90". Daß auch im Handelsemulsin Nuclease vorhanden ist, scheint aus den Angaben von Tschernorutzky hervorzugehen, wonach durch dieses Enzympräparat htfenucleinsaures Natron unter Abspaltung von H3PO4 angegriffen wird (8). Die Nuclease aus Samen von Glycine hispida ist nach den Untersuchungen von de la BLANCHARDiiiRE in Glycerin löslich, wenig adsorbierbar und verflüssigt thymonucleinsaures Natron. Wie andere Fermente, so ist nach Teodoresco (9) auch die Nuclease gegen höhere Temperaturen in trockenem Zustande sehr widerstandsfähig. Die untersuchten Enzympräparate wurden erst bei Temperaturen um 150° herum unwirksam. Natriumjodid und -bromid hemmten die Wirkung von Nucleasen (10). An die Wirkung der Nuclease, durch die die primären Nucleosidbasen abgespalten werden, schließt sich die Wirkung anderer Fermente des Nuclein- stoffwechsels an, welche nur auf Pyrimidin- und Purinbasen einwirken. Sie desamidieren Guanin, Adenin und Cytosin, und oxydieren dieselben gleichzeitig zu Xanthin bezw. Hypoxanthin und Uracil. Diese Fermente werden als Xanthinoxydasen zusammengefaßt (11). Näheres soll hierüber an anderer Stelle dargelegt werden. Es wurde behauptet, daß die Abspaltung des Nucleinphosphors im intermediären Stoffwechsel der Pflanze eine gewisse Rolle spiele. Doch hat sich in den Untersuchungen von Zaleski (12) gezeigt, daß während des 1) Fr. Sachs, Ztsch. physiol. Cham.. 46, 337 (1905). — 2) Abderhalden u. ScHiTTENHELM, Ebenda, 47, 452 (1906). — 3) Levene u, F. B. La Forge, Journ. biol. ehem., 13, 507 (1913). — 4) T. Kikoji, Ztsch. physiol. Chem., 51. 201 (1907). — 5) K. TsuJi, Ebenda, 87, 378 (1913). — 6) P. de la Blanchardiere, Ebenda, p. 291 (1913). — 7) E. C. Teodoresco, Compt. rend., 155. 554 (1912). — 8) H. Tschernorutzky, Ztsch. physiol. Chem., 80, 298 (1912). Über Nuclease im tierischen Organismus noch: M. Tschernorutzki, Biochem. Ztsch., 44, 353 (1912). — 9) E. C. Teodoresco, Compt. rend., 156, 1081 (1913). — 10) A. Ghistoni, Arch. di Fisiol., //, 119 (1913); A. Jappelli, Arch. int: Pharm., 23, 63 (1914). 0. Bergeim, Proc. Sog. Exp. Biol., 12, 109; Nephelometr. Prüfung auf Nucleasen: KoBER u. Gkaves, Journ. Amer. Chem. Soc, j6, 1304 (1914). — 11) Vgl. E. Schittenhflm, Ztsch. physiol. Chem., 46, 354 (190.5); W. Jones u. C. R. Austrian, Ebenda, 48, 110 (1906). Winternitz u. Jones, Ebenda, 60, 180 (1909); Jones, Ebenda, 65, 383 (1910); Schittenhelm u. K. Wiener, Ebenda, 77, 77 (1912). Schittenhelm, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., j, 420 (1910). — 12) W. Zaleski, Ber. botan. Ges., 27, 202 (1909). § 8. Einteilung der Eiweißkörper und spezielle Betrachtung der einzelnen Gruppen. 119 Wachstums von Stengelspitzen kein nennenswerter Abbau von Nuclein- säuren stattfinden kann. Es wird sich vielmehr um Zellbaustoffe im engsten Sinne handeln. III. Die Plasmaproteide. Bereits ältere Beobachtungen von H artig und Sachs zeigten, daß das Cytoplasma nicht direkt die gewöhnlichen Eiweißreaktionen zu geben pflegt. Es läßt in der Tat manches vermuten, daß hochzusammengesetzte Proteine nicht näher bekannter Natur, welche die Reaktionen genuiner Eiweißkörper nicht sämthch zeigen, beim Aufbau des Cytoplasmas eine wich- tige Rolle spielen. Ein solches Proteid meinten Reinke und Rodewald (1 ) aus dem Preßrückstande der Plasmodien des Schleimpilzes Fuligo varians gewonnen zu haben. Sie beschrieben ihr Präparat, an dessen Einheitlichkeit und Reinheit allerdings die stärksten Zweifel geknüpft werden müssen, unter dem Namen Pia st in. Das Plastin ist nach Reinkes Angaben unlös- Hch in Wasser, Alkohol, 10% NaCl, 0,2% HCl, auch in verdünnten Alkalien. Erst beim Kochen mit stärkeren Alkalien ging es in Lösung. Als prozentische Zusammensetzung wurde angegeben: 53,49% C, 7,22% H, 11,92 % N. Nach späteren Untersuchungen von Reinke und Kraetschmar ist das Plastin auch phosphorhaltig. Nach Zacharias (2) wird Plastin durch konzentrierte HCl gelöst. In Pepsin- Salzsäure quillt es auf, ohne das eigentümlich glänzende Aussehen des Nucleins im mikroskopischen Bilde zu zeigen. 0. Loew (3) hat nachgewiesen, daß das mit Kali gelöste Plastin nach der Ausfällung mit Essigsäure die gewöhnlichen Eiweißreaktionen gibt. Es muß dahingestellt bleiben, ob das Plastin tatsächhch einem besonderen Typus der zusammen- gesetzten Proteine entspricht. Um Nucleoproteide dürfte es sich nicht handeln, obwohl deren Gegenwart im Cytoplasma durchaus nicht unwahr- scheinlich ist. Vom „Cytoglobin" von Demme (4) darf man aber wohl ohne weiteres behaupten, daß es sich darin um Leukocyten- Nucleoproteide ge- handelt haben dürfte. In der Tierphysiologie hat man die Organplasma-Eiweißkörper auch als Stromine bezeichnet. Einige analytische Daten hierüber findet man in einer Arbeit von Krawtschenko (5). Die Untersuchungen von Pohl (6) haben durch die Einführung einer besseren Untersuchungstechnik, vor allem einer genügenden Konservierung durch rasches Trocknen bei niederer Temperatur zu verläßlicheren Prä- paraten von Organeiweiß geführt. Unter Benutzung solcher Methoden konnte H. Wiener (7) aus Tierleber mindestens drei verschiedene Plasma- proteine sondern, von denen eines durch Formol fällbar war. Es scheint sich in diesen Fraktionen um verschiedene Zwischenstufen zu handeln, die bei der Verwandlung von Organeiweiß in Nahrungseiweiß im Hunger- zustand auftreten. 1) Reinke u. Rodewald, Uuntersuch. über das Protoplasma, Heft 2 (1881). Reinke u. Krätzschmar, Ebenda, Heft 3 (1883). Neuere Angaben über „Plastin" aus tierischem Gewebe: V. Ruzicka, Arch. Zellforsch., j, 587 (1908). Zur Plastin- frage besonders auch W. Biedermann, Flora, iii — 112 (Stahlfestschrift) (1918). — 2) E. Zacharias, Botan. Ztg. (1887), p. 281. — 3) 0. Loew, Botan. Ztg. (1884), p. 113. — 4) W. Demme, Diss. Dorpat 1890. — 5) W. S. Krawtschenko, Diss. Petersburg (1904). Biochem. Zentr., 3, 223 (1904). — 6) J. Pohl, Hof meist. Beitr., 7, 381 (1905). Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 5, I, 659 (1911). — 7) H. Wiener, Biochem. Ztsch., 56, 122 (1913). 120 Dreiunddreißigstes Kapitel: Die Proteide der Bacterien und Pilze. Abschnitt 2: Die Proteide im Stoffwechsel der niederen Pflanzen. Dreiunddreißigstes Kapitel: Die Proteide der Bacterien und Pilze. § 1. Die Eiweißstoffe der Bacterien. Nencki und Schaffer (1) waren die ersten Forscher, welche ver- suchten, Bäcterieneiweiß der chemischen Untersuchung zuzuführen, doch besitzen ihre Untersuchungen über das „Mycoprotein" keine aktuelle Bedeutung mehr, da mit Gemischen von Fäulnisbacterien, ohne gehörige Sonderung von den Substrateiweißstoffen, und unter Anwendung von Laugen und Säuren als Extraktionsmitteln gearbeitet wurde. Die An- gabe Nenckis, daß der Proteingehalt von Bacterienmassen ein ungewöhn- lich hoher ist, hat sich aber auch in späteren Arbeiten, wie jenen von Gramer und Brieger(2), wo auf sorgfältige Abhebung der Bacterien- schicht vom Substrate geachtet wurde, im allgemeinen bestätigt. Man fand in: Protein in der Trockensubstanz Bacillus erythematis nodosi 64,2 % Bovet (3) Bacillus Diphtheriae 63,4 % Dzierzgowski(4) Choleravibrionen 65,0 % Gramer (5) Pfeiffers Kapselbacillus auf 5% Pepton . 70,0 % Gramer (6) Wasserbacillus 79,6% Gramer (6) Pneumoniebacillus 79,8 % Gramer (6) Rhinosclerombacillus 76,2 % Gramer (6) Wasserbacillus 63,5 % Nishimura (7) Rotzbacillus 47,84 % 1 Schweinitz und Tuberkelbacillus 55,87 % | Dorset (8) Fäulnisbacterienmischung 84,2 % Nencki 1. c. Besonders Bac. tuberculosis wurde mit ähnlichem Ergebnis in neuerer Zeit mehrfach untersucht. Baudran(9) fand 50 — 56% Eiweiß neben 3—4% Nuclein. Bei Essigbacterien wurde infolge der reichlich gebildeten Membransubstanz der Eiweißgehalt relativ sehr klein gefunden, nur bis etwa 14% nach Romegialli sowie Alilaire (1 0). Den Angaben von Omelianski (11) ist zu entnehmen, daß ähnliches auch für Azotobacter chroococcum gilt, in dessen Massenkulturen das meiste auf Kohlenhydrate entfällt, nur 13% auf Eiweiß. 1) M. Nencki, Beitr. z. Biolog. d. Spaltpilze (1880). Nencki u. Sohafper, Ber. ehem. Ges., 12, 2386 (1879); Journ. prakt. Chem., 23, 302 (1881). Nencki, Ber. ehem. Ges., 17, ^2606 (1884). — 2) Brieger, Ztsch. physiol. Chem., 15, 134 a891). — 3) V. Bovet, Monatsh. Chem., 9, 1162 (1888). — 4) Dzierzgowski u. Rekowski, Arch. Sei. Biol. (1892), p. 167. — 5) E. Gramer, Areh. Hyg., 16, 151 (1892). — 6) Cramer, Ebenda, 22, 167 (1895). — 7) T. Nishimura, Ebenda, j8, 318 (1893). — 8) E. de Schweinitz u. M. Dorset, Journ. Am. Chem. Soc., 17, 605 (1895). — 9) G. Baudran, Compt. rend., 142, 657 (1906). Für Diphtherie- bacillen: Bradley u. Nichols, Journ. Biol. Chem., 33, 525 (1918). — 10) E. Ali- laire, Compt. rend., 143, 176 (1906). — 11) W. L. Omelianski u. N. 0. Sieber, physiol. Ztsch. Chem., 88, 445 (1913). § 1. Die Eiweißstoffe der Bacterien. 121 Der Eiweißgehalt von Bacterien unterliegt anscheinend auch nach der Natur des Nährbodens erhebUchen Schwankungen; auf eiweißarmem und zuckerreichem Substrate, sowie auf der eiweißfreien UscHiNSKYSchen Nährlösung ist bei verschiedenen Bacterien bis zu 20% weniger Eiweiß gefunden worden. Energisches "Wachstum muß somit nicht notwendig einem höheren Proteingehalte entsprechen. Eine ganze Reihe von Arbeiten (1) hat nachgewiesen, daß man aus Bacterien Eiweißkörper vom Verhalten genuiner Proteine darstellen kann. Doch ist es noch unbestimmt, inwieweit diese Stoffe den gewöhn- lichen Albuminen und Globulinen entsprechen. Liefmann (2) versuchte die Aussalzung mit Magnesiumsulfat auch für Bacterieneiweiß anzuwenden. Von Interesse sind die mehrfach vorgenommenen Hydrolysen von Bacterieneiweiß. Tamura (3), der das Eiweiß aus menschlichen Tuberkel- bacillen, Diphtheriebacillen und Mycobacterium lacticola untersuchte, entwirft ein Bild vom Bacterieneiweiß, das in den Hauptzügen hinsicht- lich der darin gefundenen Diamino- und Monaminosäuren mit dem Eiweiß höherer Organismen gut übereinstimmt. Bemerkenswert ist jedoch, daß die Schwefelbleireaktion hier in allen Fällen ausblieb, und Cystin nicht nachzuweisen war. Hingegen fehlten Tryptophan, sowie die aroma- tischen Gruppen nicht. Während man aus Diphtheriebacillen viel Tyrosin, und wenig Phenylalanin örhielt, Heferten die beiden anderen Arten auf- fallend viel Phenylalanin. Prolin, Valin, ferner Arginin, Histidin und Lysin, dann Leucin und Isoleucin, wurden wie sonst nachgewiesen. Adenin. als Nucleinspaltungsprodukt wurde festgestellt, Guanin fehlte. Der Proteinstoff aus einem von Tamura (4) untersuchten Wasserbacillus verhielt sich ganz analog; die Cystingruppe scheint auch hier zu fehlen. Auch Omeliansky suchte bei Azotobacter vergeblich nach Cystin. Diese Mikrobe erwies sich als reich an Arginin und besonders an Lysin. Malm (5) gibt vom Tuberkelbacillus einen albumosenartigen Eiweißstoff an. Bac. mesentericus ist nach Horowitz-Vlassowa (6) reich an Glutaminsäure, Bac. coli heferte viel Diaminosäuren. Das ,,Toxomucin" von Weyl (7) war ein aus Tuberkelbacillen gewonnenes Gemisch von Eiweiß und Nucleo- proteiden. Tamura konnte das von Kuppel (8) angegebene Tuberculos- amin nicht wieder finden, und auch sonstige Befunde der älteren Literatur bedürfen der Bestätigung. Glucoproteine oder Mucine dürften bei Bacterien nicht selten vor- kommen. Weleminsky (9) hat aus Tuberkelbacillen ein Mucin dargestellt, Leach (10) fand in Bact. coli neben Nucleoproteid reichlich Glucoproteid. Die von Bact. gliscrogenum in menschlichem Harn gebildeten Schleim- massen bestehen nach Malerb a (11) aus wirklichem Mucin. Auch sonst noch wären Befunde über Bacterienmucin zu erwähnen (12). 1) Brieger, 1. c. Hellmich, Arch. exp. Pathol., 26, 328. Hammerschlag, Zentr. f. Mediz. (1891), Nr. 1. Buchner, Berlin, klin. Woch.schr. (1890), p. 673 u. 1084. K. V. Hoffmann, Wien. klin. Woch.schr. (1894), 712; Chem. Zentr. (1896), I, 347. NiSHiMURA, 1. c. — 2) H. Liefmann, Münch. med. Woch.schr., 1913, Heft 26, p. 1417. — 3) S. Tamura, Ztsch. physiol. Chem., Ä7, 85 (1913); 89, 293 (1914). — 4) Tamura, Ebenda, 90, 286 (1914). — 5) Malm, Zentr. Bakt. (I), 70, 141 (1913). — Hydrolyse von Tuberkelbacillus: S. M. Wheeler, Journ. biol. Chem., 6, 509 (1909); N. 0. Sieber, Zentr., Bakt. I, 66, 554 (1912). — 6) A. Horowitz- Vlassowa, Arch. Sei. Biol., 15, 40 u. 428 (1911). — 7) Th. Weyl, Deutsche med. WocLschr. (1891), p. 256. — 8) W. Ruppel, Ztsch. physiol. Chem., 26, 218 (1898). — 9) F. Weleminsky, Berlin, klin. Woch.schr., 49, 1320 (1912). — 10) M. F. Leach, Journ. biol. Chem., i, 463 (1906). — 11) P. Malerb a, Ztsch. physiol. Chem., 15, 639. — 12) Lepierre, Compt. rend., 126, 761 (1898). L. F. Rettger, Biochem. Zentr., 2, Ref. Nr. 173 (1903); L. Heim, Münch. med. Woch.schr. (1904), p. 426 für Bac. anthracis. 122 Dreiunddreißigstes Kapitel: Die Proteide der Bacterien und Pilze. An der bereits von früheren Forschern (l) vermuteten Existenz von Nucleoprotein in Bacterien läßt sich angesichts der allenthalben aufgefundenen Purinbasen unter den hydrolytischen Produkten nicht mehr zweifeln. Darauf hat Nishimura zuerst hingewiesen. Typische Nucleinpräparate wurden später durch Kuppel (2) aus Bac. tetani und tuberculosis dargestellt, sowie besonders durch Galeotti (3) aus Bac. ranicidus, cholerae asiaticae und anderen Mikroben. Mit dem Nucleo- proteid der Milzbrandbacilleh beschäftigte sich Tiberti(4); Aronson stellte aus DiphtheriebaciUen eine Nucleinsäure her (5). Da aus Bacterien- nuclein dieselben Spaltungsprodukte gewonnen wurden, wie aus Nuclein- säuren anderer Pflanzen: Adenin, Guanin, Xanthin, durch Levene (6) die Pyrimidinbasen Cytosin und LFracil, durch Bendix(7) Pentose, und da auch der Phosphorgehalt der von Kuppel dargestellten ,,TubercuUn- säure" mit den gewöhnlichen Befunden an Nucleinsäuren übereinstimmt, so darf man annehmen, daß sich die Bacteriennudeine nicht wesentlich von den Nucleinen anderer Pflanzen unterscheiden. Jedoch bedarf die Angabe von Levene, daß bei Tuberculonucleinsäure unter den Spaltungs- produkten Thymin vorkommt, einer Bestätigung, da Pilznucleinsäure nur Cytosin, und das sekundär daraus entstehende Uracil liefert. Auch Kuppel gab eine „Tuberculothyminsäure" als Spaltungsprodukt an. Die von Schweinitz (8) beschriebene „TubercuUnsäure" ist jedenfalls von KuppELs Präparat verschieden und bedarf noch näherer Aufklärung. Als Stoffe, welche wahrscheinlich a-us irgendwelchen Verbindungen von Nucleinsäuren bestehen, faßt A. Meyer (9) Inhaltskörperchen auf, welche zuerst in Spirillum volutans beobachtet wurden. Die ,,Volutans- kugeln" kommen übrigens auch in anderen Bacterien vor. Sie färben sich stark mit Methylenblau oder Carbolfuchsin, ohne sich auf Zusatz von 1 % Schwefelsäure, wie die übrigen Partien des Zellinhaltes, rasch zu entfärben. Meyer hält diese Inhaltsstoffe für Reservesubstanzen und hat die Be- nennung ,, Volutin" für die hypothetische Substanz dieser Körner vor- geschlagen. Auch neuere Forscher, wie Guilliermond (1 0) neigen zur Ansicht, daß das Volutin nicht wesentlich von Nuclein verschieden sei. Doch beweisen die mikrochemischen Proben h' für noch nichts, und es stimmt diese Identifizierung schlecht zur Vorstellung, daß es sich um Keservestoffe handelt (11). Daß Mikroben, auf stickstoffreiem Substrate gezüchtet, keinen Stick- stoff enthalten, wie einst Fermi (12) zu behaupten sich veranlaßt sah, dürfte auf Übersehen sehr geringer N-Mengen beruhen. 1) Vandevelde, Ztsch. physiol. Chem., 8, 367 (1884). Dreyfuss, Ebenda, i8, 358; Gottstein, Virch. Arch., jjj, 296. — 2) G. Kuppel, Ztsch. physiol. ehem., 26, 218 (1898). Die Proteine (1900), p. 86. — 3) G. Galeotti, Ztsch. physiol. ehem., 25, 48 (1898); Zentr. Bakt., I, 67 (1912). A. Lustig u. G. Gale- otti, Lo Sperimentale, 63, 111 (1910). — 4) N. Tiberti, Biochem. Zentr. (1903), Ref. 777. — 5) H. Aronson, Arch. Kinderheilkunde, 30, 23 (1900). — 6) P. A. Levene, Journ. Med. Res., 12, 251 (1904). — 7) E. Bendix, Deutsche med. Woch.schr., 27, 18 (1901). ehem. Zentr. (1901), I, 406. P. Krawkow, Kochs Jahresber., 12, 75 (1901). — 8) Schweinitz u. Dorset, ehem. Zentr. (1897), II, 1188. — 9) A. Meyer, Praktikum der botan. Bakterienkunde (1903), p. 80. Botan. Ztg. (1904), I, 113; Grimme, Methoden der Bakterienfärbung. Diss. Marburg 1902. — 10) A. Guilliermond, Arch. Protistenkunde, 19, 289 (1910). J. Sumbal, Ztsch. allg. Physiol., 15, 458 (1913). — 11) Vgl. hierzu Ru7.i(5ka, Arch. Entwickl.mech., 42, 517 (1916). — 12) Cl. Fermi, Zentr. Bakt., II, 2, 505 (1896). § 2. Die Eiweißstoffe der Saccharomyceten. 123 Anhang: Die Proteide der Myxomyceten. Die Analyse des Plasmodiums von Fuligo septica durch Reinke und Rodewald (1) hat ergeben, daß darin verschiedene Eiweißkörper vorkommen. Diesen Autoren zufolge bildet das von Pepsin- Salzsäure nicht hydrolysier- bare Plastin die Hauptmasse mit 27,4%. Andere Proteide wurden als Vitellin (5%) und Myosin (1%), sodann als Peptone und „Peptonoid" (4%) unterschieden. Diese Stoffe bedüi-fen aber einer erneuten Untersuchung nach modernen Methoden. Wichtig ist der Nachweis Reinkes, daß aus dem Myxomycetenplasmodium Nucleinbasen erhalten werden, und demnach auch hier Nucleoproteide zugegen sind. §2. Die Eiweißstoffe der Saccharomyceten. Die Proteinstoffe der Hefe versuchten bereits Schlossberger, Mulder und Schützenberger zu gewinnen (2), doch hatten diese Forscher ebenso wie später Nencki (3), der sein „Mycoprotein" auch von Hefe angab, nur zersetzte Substanzen in Händen. Schon der hohe Gehalt der Hefe an Gesamtstickstoff, der sich zwischen 9—12% der Trockensubstanz bewegt, zeigt an, daß der Proteingehalt der Hefe ein hoher sein wird. Stutzer (4) fand 8,65% Gesamt-N, davon waren 10,11% Amid- und Pepton-N, 63,8% Eiweiß-N und 26,09 % Nuclein-N. Nach Matthews (5) sind etwa 90% des Hefe-N als Eiweiß- und Nuclein-N vorhanden. Der N- Gehalt der Hefe ist übrigens nicht in allen Lebensstadien gleich, und Wijsman(6) fand ihn während der Gärung sehr stark erhöht und dann abnehmend. Jahrelang aufbewahrte Hefe zeigt hochgradig verringerten Stickstoffgehalt (7). Henneberg (8) veranschlagt den Eiweißgehalt der Hefe mit 33—65%. Rubner(9) fand in Trockenhefe 9,79% N entsprechend 61,79% Protein. Analysen von D. Meyer (10) von Brauereihefe und Mineralhefe geben 38,55 resp. 37,21% Rein-Eiweiß an. Eiweißreiche Zellen sind stark lichtbrechend, undurchsichtig, mit mehreren kleinen Vacuolen; eiweißarme Zellen sind transparent, mit großer Vacuole, und zeigen Körnchen in Molekularbewegung. Dreyer(II) be- rechnet das Hefeeiweiß nur mit 12% der Trockensubstanz, und sieht hiervon 40% als Globulin und 60% als Albumin an. Ältere Angaben von Nägeli(12) teilen der untergärigen Hefe 45% Albumin und 2% Pepton zu. Die rasch eintretende Autolyse erschwert die Gewinnung der nativen Hefeproteide sehr. Geeignet zur Darstellung derselben ist vor allem die Preßsaftmethode nach Buchner mit möglichst rasch erfolgen- der Aufarbeitung. Wroblewski (13) wies im Hefepreßsafte GlobuUu, Albumin, Nucleoalbumin, Proteosen und mucinartige Stoffe nach. Über 1) J. Reinke u. Rodewald, Untersuch, botan. Labor. Göttingen (1881), Heft 2. — 2) Schlossberger, Lieb. Ann., 8o; Schützenberger u. Destrem, Compt. rend., 88, 383 (1879). A. Mayer, Gär.chemie (1895), p. 111; Euler-Lindner, Chemie der Hefe (1915), p. 61. — 3) Nencki, Beitr. z. Biolog. d. Spaltpilze (1880). — 4) Stutzer, Ztsch. . physiol. Chem., 6, 572 (1882). — 5) Matthews, Kochs Jahresber. (1897), p. 84. — 6) H. P. Wusman, Ebenda (1891), p. 120. Chem. Zentr. (1891), U, 759. — 7) Duclaux, Trait6 Microbiol., j, 153 u. 459 (1900). — 8) W. Henneberg, Naturforsch.-Vers. 1911, H, i, 240. — 9) M. Rubner, Münch. med. Woch.schr., 63, 629 (1916). — 10) D. Meyer, Landw. Woch.schr. Prov. Sachs. 1916, Nr. 45 — 11) G. Dreyer, Ztsch. ges. Brauwes., j6, 201 (1913). — 12) C. v. Nägeli, Sitz.ber. Münch. Ak. (1878), 4. Mai. — 13) A. Wroblewski, Zentr. Physiol. (1898), p. 699. 124 DreiunddreißigBtes Kapitel: Die Proteide der Bacterien und Pilze. alle diese Substanzen ist wenig Sicheres bekannt. Thomas (1) will zwei Hauptproteide der Hefe unterscheiden: das phosphorfreie Cere visin, welches bei der Analyse viel Lysin liefert, und ein Paranucleoproteid mit 1,75 bis 1,83% Phosphorgehalt. Beide sind sehr tryptophanreich ; in der Cerevisinfraktion ist Invertin enthalten. Weniger intakte Proteine erhält man durch Digerieren der Hefe mit Äther oder Formaldehyd, doch wurden aus solchen Digestionsgemischen durch Schröder (2) und BoKORNY (3) ebenfalls noch Eiweißkörper, welche nach ihrem Ver- halten Albumine und Proteosen darstellen, isoliert. Die von Nägeli und von Duclaux erwähnte, in heißem Alkohol lösliche Eiweißsubstanz der Hefe ist wohl gleichfalls proteosenartig. Schröder hat auch die Abbau- produkte der Hefeproteide näher untersucht, über die in neuerer Zeit durch Ehrlich, H. Pringsheim, Thomas und Meisenheimer ausführ- lich berichtet worden ist (4). Fast alle als Eiweißspaltungsprodukte bekannten Aminosäuren wurden aufgefunden, auch Tryptophan. Nicht ganz sicher ist der Nachweis von Serin und Cystin. Über die N- Verteilung im Hefeextrakt sind die Angaben von Cook (5) zu vergleichen; beachtens- wert wäre der hohe Gehalt an Diamino-N. Die Hefenucleinsäure, welche Boos (6) als Myconucleinsäure zu benennen vorschlug, ist besser bekannt. Daß bei der Autodigestion von Hefe Xanthinbasen auftreten, erfuhr schon Schützenberger (7). MiESCHER, sowie Hoi»PE-SEYLER (8) gelang hierauf die Gewinnung der ersten unreinen Präparate von Nucleinsäure. Der Zusammenhang zwischen der Xanthinbasenbildung und dem Hefenuclein wurde aber erst durch die grundlegenden Arbeiten von Kossel klar, der später auch das Adenin, neben dem früher isolierten Xanihin, Hypoxanthin und Guanin als Nucleinspaltungsprodukte erkannte (9). Kossel gewann sein Hefenuclein durch Einbringen des ausgewaschenen Hefeschlammes in sehr verdünnte Natronlauge, worauf sofort in verdünnte Salzsäure lii neinfiltriert wurde. Der Niederschlag wurde mit HCl, Wasser und Alkohol gewaschen und getrocknet. Durch die Arbeiten verschiedener Forscher (1 0), durch jene von Kossel mit seinen Schülern Neumann, Ascoli, Steudel, durch 1) P. Thomas u. S. Kolodziejska, Compt. rend., 156, 2024; ist, 243 (1913); J5S, 1597 (1914). P. Thomas, Bull. Soc. Chim. Biol., j, 67 (1914). — 2) R. Schröder, Hof meist. Beitr., 2, 389 (1902). — 3) Th. Bokorny, Bot. Zentr., 86, 326 (1901). — 4) F. Ehrlich, Biochem. Ztsch., 8, 410 (1908). Woch.schr. Brau., jo, 561 (1913). H. Pringsheim, Ebenda, p. 399. Thomas, 1. c. ; J. Meisenheimer, Woch.schr. Brau., 32, 325 (1915); Ztsch. physiol. Chem., 104, 229 (1919). C. Neuberg, Woch.schr. Brau., 1915, Nr. 38, p. 317. Hefealbumose: Bokorny, Allg. Brau.- u. Hopf.-Ztg., 55, 1653 (1915). — 5) F. C. Cook, Biochem. Bull., j, 445 (1914). — 6) W. F. Boos, Arch. exp. Pathol., 55, 16 (1906). — 7) Schützenberger, Compt. rend., 7«, 493 (1874). Nägeli, Lieb. Ann., 193. 322 (1878). Lehmann, Ztsch. physiol. ehem., 9, 663 (1885). — 8) Hoppe-Seyler, Ebenda, 2, 427 (1879). — — 9) A. Kossel, Ebenda, j, 284 (1879). Ber. chem. Ges., 18, 1928 (1885). Xanthin- basen aus Hefeextrakten: K. Micko, Ztsch. Unt. Nähr. u. Gen. mittel, 7, 257 (1904). — 10) Liebermann, Pflüg. Arch., .#7, 155 (1890). A. Lasche, Kochs Jahresbcr. (1896), p. 49. W. Klinkenberg, Ztsch. physiol. Chem., 6, 666 (1882). Ferner: H. B. Slade, Chem. Zentr. (1905), II, 141. Nishimura, Arch. Hyg., 18, 318 (1893). Darstellung: R. Altmakn, Arch. Anat. u. Physiol. (1889), p. 524. Kowalevsky, Ztsch. physiol. Chem., 6g, 240 (1910). W. Jones u. Richards, Journ. biol. Chem., ij, 71 (1914). Levene, Biochem. Ztsch., j;, 120 (1909); jz, 591; jj, 229 u. 425 (1918); Ber. cheri. Ges., 42, 2474 u. 2703 (1909); 43^ 3150 (1910); 44, 1027 (1911); 45, 608 (1912). Clarke u. Schryver, Biochem. Journ., jj, 319 (1917). Thannhauser u. Dorfmijller, Ztsch. physiol. Chem., joo, 121 (1917). Jones u. Read, Journ. Biol. Chem., 2g, 111 u. 123 (1917); jx, 46, 295 u. 337 (1918). Nucleinbestimmung in Hefe: Lubsen, Pharm. Weekbl., 55, 1625 (1918). Chapman, Analyst, 43, 269 (1918). § 3. Die Eiweißstoffe der liöheren Pilze. 125 Levene u. a. ist die Hefenucleinsäure relativ gut erforscht worden, während man über das Nuclein und das native Nucleoproteid nicht viel weiß. Hefe- nucleinsäurepräparate haben die typischen Eigenschaften von Nuclein- säuren (vgl. p. 109). Leicht lösUch in verdünnten Alkalien, beim Ansäuren fällbar; konzentriertere Lösungen von Natriumnucleinat gelatinieren leicht. Die Zusammensetzung wird gegenwärtig mit C38H66026Ni5P4 angegeben. Von Spaltungsprodukten sind bekannt außer Phosphorsäure Pentose (d-Ribose), Guanin, Adenin, Cytosin und Uracil. Ferner kennt man daraus als Spaltungsprodukte Guanylsäure, Adenosin-, Cytidin- und Uridinphosphorsäure, die alle noch Kohlenhydratgruppen und PO4 in Verbindung mit der Base führen, und nur bei milderer Hydrolyse auftreten. Außer diesen vier Mononucleotiden wurden zwei Dinucleotide von Jones und Richards aus Hefenucleinsäure dargestellt; eines soll Cytosin und Guanin, das andere Adenin und Üracil liefern. Im übrigen ist die Kon- stitution noch unbekannt. Wahrscheinlich muß man sich also Hefenuclein- säure aus vier Mononucleotiden aufgebaut denken, so wie die tierische Nucleinsäure. FragUch ist, ob alle Kohlenhydratgruppen aus Ribose bestehen, oder auch Hexosederivate darin vorkommen. Das von den Bacterien erwähnte Volutin ist auch von der Hefe- zelle bekannt (1). Es handelt sich um tröpfchenartige Inhaltsmassen, die den Charakter von Reservestoffen zu haben scheinen. Ohne Phosphor soll kein Volutin gebildet werden. Mit der Zymase hat es wohl nichts zu tun, da Herwerden gärungsfähige, aber volutinfreie Kulturen beob- achtete. Es wird als Nucleinsäure angesehen, und ist unter Abspaltung von Phosphorsäure fermentativ spaltbar (Volutase). §3. Die Eiweißstoffe der höheren Pilze. Schon Braconnot wie Vauquelin(2) erwähnen Vorkommen von Eiweiß in Pilzen, und es ist seit den älteren Forschungen eine weit ver- breitete, aber nicht zutreffende Meinung, daß sich die Hutpilze durch einen ganz besonderen hohen Eiweißgehalt auszeichnen. Nach den vorliegenden Analysen von Mörner, Siegel, v. Loesecke, Kohlrausch, Marge- wicz(3) erreicht allerdings der Eiweißgehalt des Hutes der Basidio- myceten häufig genug den Gehalt von Protein in eiweißreichen Samen. Nach den Zusammenstellungen von König (4) beträgt die mittlere Zusammensetzung des Hutes bei: N-Substanz Kohlenhydrate Psalliota campestris 43,57 % 40,02 % Marasmius Oreades 35,56% 41,82% Boletus edulis 4i,15 % 42,73 % Polyporus ovinus 11,96 % 51,01 % 1) A. Meyer, Botaib.-Ztg. (1904), I, 113; W. Henneberg, Woch.schr. Brau., 32, 301 (1915); Zentr. Bakt., II, 45, 60 (1916). van Herwerden, Versl. Akad. Amsterd., 25, 1446 (1917). Fol. Microbiol., 5, (1917). Verhandl. Ak. Amst., 20, 100 (1917). K. Krömer, Landw. Jahrb., 52, Erg.bd. I, 104 (1919). — 2) Vauquelin, Ann. Chim. et Phys., 85, 6 (1814). Braconnot, Ebenda, 87, 237. — 3) Mörner, Ztsch. physiol. Chem., 10, 603 (1886). 0. Siegel, Diss. Göttingeu (1870). A. v. Loesecke, Arch. Pharm. (1876), p. 133. Kohlrausch, Diss. Göttingen (1867). Margewicz, Justs Jahresber. (1885), I, 85. — 4) König, Chem. d. Nähr.- u. Genuß- mitte]. Vgl. auch Petroff, Justs Jahresber. (1890), II, 421. Zega, Chem.-Ztg. (1900), Nr. 27; (1902), p. 10. Pizzi, Justs Jahresber. (1889), I, 316. 126 Dreiunddreißigstes Kapitel: Die Proteide der Bacterien und Pilze. N-Substanz Kohlenhydrate Hydnum repandum 24,44 % 47,40 % Tuber cibarium 31,64 % 29,95 % Helvella esculenta 30,13% 51,78% Morchella esculenta 33,81 % 46,30 % Gyromitra esculenta 32,52 % 47,07 % Lycoperdon Bovista 55,50 % 19,54 % Nach den von Margewicz mitgeteilten Zahlen ist die Substanz des Hutes stets beträchtlich eiweißreicher als die Substanz des Stieles. Mörner hat in eingehenden analytischen Untersuchungen den Gehalt an verdau- lichem und „unverdaulichem"j sowie an ,,Extraktiv-N" für eine Reihe von Hutpilzen festgestellt, welchen Angaben die nachstehende Tabelle ent- nommen ist. Hiervon in Proz. des Gesan,t-N Trtlfensubs'nz Ges.-N in Proz, der Trocken- substanz Ver- Unver- daulicher daulicher Protein-N Protein-N Extr.-N (löslich in 80% warm. Alkohol) Gesamt- Protein Unver- dauliches Protein Agaricus procerus Scop. Hut 6,23 48,1 20,4 31,5 29,7 7,4 Agaricus campestris L. Hut 7,38 49,3 16,0 34,7 35,9 16,7 Agaricus campestris L. Fuß 6,02 47,8 18,0 34,2 26,7 8,0 Lactaria deliciosa L. . . . 3,11 45,3 33,8 20,9 24,8 6,8 Lactaria torminosa Fr. . . 2,52 38,1 40,0 21,9 25,4 11,8 Cantharellus cibarius Fr. . 2,69 29,2 54,6 16,1 17,2 4,0 Boletus edulis Bull. Hut . 3,87 54,5 16,9 28,6 15,5 4,3 Boletus edulis Bull. Fuß . 3,30 53,3 20,3 26,4 15,8 5,3 Boletus scaber Fr. Hut . . 3,12 53,2 27,2 19,6 15,2 6,5 Boletus scaber Fr. Fuß . . 2,19 45,2 28,3 26,5 17,0 9,6 Boletus iuteus L 2,51 27,8 42,2 30,0 10,1 3,8 Polyporus ovinus Fr. . . . 1,80 27,7 46,6 26,9 12,5 6,3 Hydnum imbricatum L. . 2,55 33,3 29,8 36.9 10,3 5,0 Hydnum repandum L. . . 3,52 34,9 44,0 21,1 14,3 9,3 Sparassis crispa Fr. ... 1,18 42,9 37,4 19,7 11,1 6,8 Morchella esculenta L. . . 4,99 43,7 38,1 18,2 5,6 2,5 Lycoperdon Bovista Fr.. . 8,19 38,2 22,5 29,3 8,3 5,2 Mittelwert — 41,0 33,0 26,0 15,7 7,0 Diesen Zahlen ist auch zu entnehmen, daß die einfache Umrechnung des Gesamt- N durch Multiphcation mit 6,25 viel zu hohe Eiweißwerte ergeben würde (vgl. die erste Tabelle). Der ,, unverdauliche" Eiweiß-N ist gewiß nicht einfach als Nuclein-N anzusehen. Für den ganzen Frucht- körper von Boletus edulis fand Strohmer(1) 23,11 % Eiweiß, 0,15% NH3, 3,37% Aminosäuren als Asparaginsäure gerechnet und 5,56 % Säure- amide als Asparagin gerechnet. Yoshimura (2) gibt für Boletus edulis 5,674% Gesamt-N an, und von 100 Teilen Gesamt-N entfallen auf Eiweiß-N 64,75, auf Ammoniak-N 2,34, Nichtprotein-N 32,91. Auf den durch Phosphor- wolframsäure fällbaren N entfielen 14,79 Teile. Schmidt und Kloster- mann (3) fanden in Steinpilz-Pulver 32,71% der Trockensubstanz an N-Substanz. Von der gesamten N-Substanz löste Pepsin-HCl 51,58%, Pankreasalkali 44,95%. 1) Strohmer, Chem. Zentr. (1887), p. 166. —2) K. Yoshimura, Ztsch. Unt. Nähr.- u. Genußmittel, 20, 163 (1910). — 3) P. Schmidt, M. Klostermam* u. ScH OLTA, Deutsche med. Woch.schr., 43, 1221 (1917). § 3. Die Eiweißstoffe der höheren Pilze. 127 Die Flechte Parmelia scruposa enthält nach Weigelt (1) 7,5% Protein und Hansteen (2) fand in Cetraria islandica 2,81%, in Cetr. nivalis 2,35% N-haltige Stoffe. Neuere Analysen (Salkowski, Ellrodt) (3) geben mehr an Eiweiß für die letzteren Flechten an. Cetraria islandica: 10,04% HgO und 4,73% Eiweiß; Cladonia rangiferina 10,59 resp. 11,7% Wasser und 4,10 resp. 4,11% Rohprotein. Im Peridium von Elaphomyces hirtus fand Issoglio (4) 9,25% Eiweiß, im Kern 21,78%. Der Eiweißgehalt der Schimmelpilze wurde oft bestimmt. Für Peni- cillium, auf Zuckergelatine cultiviert, gibt N. Sieber (5) 29,88% Protein- gehalt in der Trockensubstanz an, während derselbe Pilz auf Salmiak-Zucker- lösung 28,95% Eiweiß, also fast ebensoviel ergab. Auch Abderhalden und Rona (6) fanden ähnliches bei Kultur von Aspergillus niger nach Dar- reichung verschiedener N- Quellen. Der Nitratpilz enthielt 3,68% N, der Glykokollpilz 3,85%, der Glutaminsäurepilz 3,52% Stickstoff. Nach Stutzer sind vom Gesamt-N der Schimmelpilze, der 3,77% der Trocken- substanz bildet, 39,4% Eiweiß-N, 40,75% Nuclein-N und 19,86% Amid- und Pepton-N. Marschall (7) kultivierte Aspergillus niger, Penicillium glaucum und Rhizopus nigricans auf Pepton-Zuckerbouillon und fand für die genannten drei Pilze 30,4%, 40,2% und 43,4% Eiweiß in der Trocken- substanz. Die Gonidien von Penicillium enthalten nach Gramer (8) 28,44% Eiweiß. Aso (9) gab für Aspergillus oryzae 6,38% Gesamt-N und 39,875% Rohprotein in der Trockensubstanz an. Im übrigen sind die Eiweißstoffe der höheren Pilze noch sehr wenig untersucht und wenig gekannt. Die einschlägigen Studien von Winter- stein, Hofmann und Reuter (1 0) haben gezeigt, daß die Verhältnisse be- züglich der Pilz'proteine anders liegen als bei den Samenproteinen. Es ge- lingt hier nicht mit 10% NaCl Eiweiß reichlich in Lösung zu bringen, wohl aber kann man, wie Reuter für Boletus edulis und Zellner (11) für Amanita muscaria zeigten, durch verdünnte Laugen Eiweiß extrahieren, sowie auch nach Behandlung mit konzentrierter Salzsäure. Welcher Gruppe diese Pro- teide zuzurechnen sind, weiß man nicht. Auch ist näher festzustellen, welchen Proteinen dieEiweißkrystalle zuzurechnen sind, welche bei Pilzen vorkommen. VAN Tieghem (12) entdeckte solche Gebilde in den Fruchtträgern von Pilo- bolus und anderen Mucorineen („Mucorin" van Tieghems). Bambeke (13) wies bei Autobasidiomyceten Eiweißkrystalle in weiter Verbreitung nach. Möglicherweise kommen bei Pilzen phosphorhaltige Proteine nach Analogie des tierischen Ovovitellin und Casein vor. In einigen Fällen wurde Pilzeiweiß nach der FiscHERschen Ester- methode quantitativ auf Aminosäuren untersucht. Nach ReUter liefert das Eiweiß aus Boletus edulis viel Prolin, Asparaginsäure und Glutamin- 1) Weigelt, Journ. prakt. Chem., io6, 193. — 2) B. Hansteen, Chem.-Ztg. 1906, p. 638. — 3) E. Salkowski, Ztsch. physiol. Cham., 104, 105 (1919). G. Ell RODT u. R. KuNZ, Brennerei-Ztg., 35, 8171 (1918). — 4) G. Issoglio, Gazz. chim ital., 47, 31 (1917). — 5) N. Sieber, Journ. prakt. Chem., 23, 412 (1881). — 6) E. Abderhalden u. P. Rona, Ztsch. physiol. Chem., 46, 179 (1905). — 7) Mar SCHALL, Arch. Hyg., 28, 16 (1897). — 8) E. Gramer, Arch. Hyg., 20, 196 (1894) — 9) K. Aso, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 4, 81 (1900). — 10) E. Winterstein, Ztsch physiol. Chem., 26, 438 (1899\ Winterstein u. J. Hofmann, Hofmeist. Beitn, 2 404 (1902). Winterstein i. C. Reuter, Zentr. Bakt., II, 24, 666 (1912). Landw Vers.-Stat., 79/80, p. 541 (1913). C. Reuter, Ztsch. physiol. Chem., 78, 167 (1912) — 11) J. Zellneh, Monatsh. Chem., 27, 281 (1906). — 12) van Tieghem, Ann Sei. Nat. (6), i, p. 6 (1875). — 13) Ch. van Bambeke, BuU. Ac. Roy. Belg. (1902) p. 227. 128 Vierunddreißigstes Kap.: Die Resorption v. Eiweißstoffen durch Bacterien u. Pilze säure, sonst Glykokoll, Alanin, Valin, Leucin, Phenylalanin und Tyrosin (1). Aus dem Eiweiß von Aspergillus konnten Abderhalden und Rona die aromatischen Kerne nicht sicherstellen. Thomas (2), der von Aspergillus niger ein P-haltiges Paranucleoproteid angibt und geringe Mengen eines Albumins, fand für das erstere die gewöhnlichen Eiweißreaktionen, auch die der Tryptophangruppe, jedoch keine PbS- Reaktion. Cystin scheint also zu fehlen. Möghcherweise sind Pentosengruppen vorhanden. Die Hydrolyse lieferte 6,81 % NHg-N, 4% Hümin-N, 15,63% Diamino-N und 73,08% Monamino-N. Hinsichthch der Nucleoproteide der höheren Pilze sind die Kenntnisse sehr spärhch und beschränken sich fast nur auf den Nachweis der Purin- basen in frischem oder autolytisch vorbehandelten Pilzmaterial. So ist die Frage offen, ob die Nucleinsäure der höheren Pilze allgemein mit der Hefenucleinsäure übereinstimmt. Da Sullivan (3) in den Mycelien von Bodenpilzen viel Nucleinspaltungsprodukte nachwies, die auch im Boden vorkommen, so dürften diese Organismen bei der Bildung dieser Stoffe im Boden beteiligt sein. Volutin wurde vonPilzen aus verschiedenen Gruppen angegeben. Von einem peptonartigen Stoff aus Amanita muscaria berichtete Zellner (4). Freie Aminosäuren verschiedener Art treten häufig im Eiweißumsatz bei Pilzen auf und werden in der Literatur oft angeführt. Dies gilt vom Leucin, das man aus Mutterkorn (5) sowie aus Hutpilzen (6) und Lyco- perdon (7) kennt, vom Tyrosin, das von Basidiomyceten (8) und Gastero- rayceten (9) bekannt ist, vom Histidin(IO) und Arginin{11). Vernin, welches wir als Guanin-Ribose-Ester kennen gelernt haben, wurde im Mutterkorn gefunden (1 2) und steht unstreitig mit dem Nuclein- stoffwechsel in Beziehung. Vierunddreißigstes Kapitel: Die Resorption von Eiweißstoffen durch Bacterien und Pilze. §1. Die proteolytischen Enzyme von Pilzen und Bacterien. Wie überall in der Organismenwelt bei der Nutzbarmachung von Eiweißstoffen eiweißlösende und eiweißabbauende Enzyme eine hervor- ragende Rolle spielen, so werden diese Enzyme auch bei Pilzen und Bac- terien, für welche Eiweißstoffe meist zu den wichtigsten Nahrungs- materialien gehören, ganz allgemein gebildet. Äußerst verbreitet treten Enzyme vom Typus des Pankreaetrypsins auf, welche Eiweißstoffe rasch und vollständig in Aminosäuren überführen, und die man als Bacterio- 1) Ähnliche Resultate erzielten: K. Yoshimura u. Kanai, Ztsch. physiol. ehem., 86, 178 (1913) bei einer japanischen Cortinellus-Art. — 2) P. Thomas u. R. MoRAN, Compt. rend., 15g, 125 (1914). — 3) M. X. Sullivan, Biochem. Bull., 3, 86 (1913). — 4) J. Zellner, Monatsh. Chem., 27, 281 (1906). — 5) Burge- MEiSTER u. Buchheim zit. in Flückigers Pharmakognosie, 3. Aufl. — 6) Winter- stein, Reuter, Zellner, 1. c. — 7) J. JBlanksma, Chem. Weekbl., 10, 96 (1913). — 8) Winterstein, 1. c. Bourquelot, Bull. Soc. Mycol. (1896), p. 153. — 9) M. Bamberger u. Landsiedl, Monatsh. Chem., 26, 1109 (1905). Blanskma, 1. c. — 10) Yoshimura, 1. c. — 11) F. Kutscher, Ztsch. Unter. Nähr.- u. Genuß- mittel., 21, 535 (1911). — 12) Vgl. Flückiger, 1. c. p. 299. § 1. Die proteolytischen Enzyme von Pilzen und Bacterien. 129 resp. Pilztrypsine bezeichnet. Nach der Entdeckung des Erepsins im Dünn- darm durch CoHNHEiM wurde man darauf aufmerksam, daß auch in Pilzen Enzyme, welche nur Albumosen, nicht aber native Proteine angreifen, vorkommen. Enzyme, welche Polypeptide spalten, vom Typus der pepto- lytischen Fermente, haben sich gleichfalls bei Bacterien und Pilzen er- geben. Hingegen ist es unsicher, ob bei Pilzen und Bacterien Enzyme vor- kommen, die wie Magenpepsin wehl proteolytisch, aber nicht peptolytisch wirken. Immerhin ist es, wie Vines (1) hervorgehoben hat, nicht aus- geschlossen, daß manche für einheitUch tryptische Enzyme angesehene Proteasen sich als Gemische von peptolytischen und proteolytischen Enzymen ergeben können. Seit langer Zeit kennt man endlich Labenzym von Bacterien und Pilzen. Scharf von den eigentlichen Proteasen sind die Nucleasen zu trennen. Hingegen ist es fraglich, ob die von Eijkman (2) bei manchen Bacterien beobachtete starke Wirkung auf Elastin einem besonderen Enzym entspricht, und ob wir das Recht haben, von speziellen Keratin lösenden Enzymen zu sprechen. Selbst für die Fähigkeit, Gelatine zu verflüssigen, hat man ein besonderes Enzym anzunehmen geglaubt, „Gelatinase" (3). Diese gelatinelösende Wirkung ist, wie Fermi(4) für Bacterien, Will (5) für Hefen, und Hansen und Wehmer(6) für Schimmelpilze näher untersuchte, ungemein verbreitet, und eignet sich gut dazu, um die Gegenwart und Wirkungsweise proteolytischer Enzyme in Kulturen zu studieren. Wie Hansen an Schimmelpilzen zeigte, und Fermi(7) durch die proteolytische Wirksamkeit der Alkoholfällung aus der Bacterienkultur- flüssigkeit erwiesen hat, diffundiert das proteolytische Enzym sehr häufig in die Kulturflüssigkeit hinaus. Teils liegt Exosmose aus lebenden in- takten Zellen, also« Bildung eines echten Sekretionsenzyms vor, mindestens in gewissen Lebensstadien, teils handelt es sich um Enzymaustritt aus bereits abgestorbenen Zellen. In beiden Fällen wird der biologische Zweck für den Saprophyten die Eiweißstoffe des Substrates sich zugänglich zu machen, voll erreicht. Andererseits gibt es bei der Bildung proteolytischer Enzyme durch Pilze Fälle, in denen ähnlich wie bei derMaltase aus Hefe und dem Invertin aus Monilia kein Ferment nach außen abgegeben wird, sondern die Enzyme richtige Endoenzyme darstellen. Hefen z. B. ver- flüssigen häufig Gelatine in Stichkulturen nur sehr langsam, während ihr Preßsaft ungleich stärkere Proteolyse erzeugt. Auch Bacterien mögen nicht selten analoge Verhältnisse bieten. In der Anwendung von Carbolgelatine, auf welche auch Mycel- stückchen usw. von höheren Pilzen gelegt werden können, hat Fermi ein praktisches Hilfsmittel zum Nachweise von Proteasen eingeführt. Nach 1 — Stägigem Aufenthalte der Präparate im Brutofen beobachtet man einen verflüssigten Hof um die aufgelegten Objekte (8). Doch darf man aus negativen Resultaten keinen Schluß auf die Abwesenheit proteo- lytischer Enzyme ziehen, wenn auch die Probe künsthchen Trypsinzusatz sehr empfindlich anzeigt. Nach Fermi läßt sich aus der Kulturflüssigkeit 1) S. H. Vines, Ann. of Bot., 23, 1 (1909); 24, 21B (1910). — 2) C. Eijkman, Zentr. Bakt., I, 35, 1 (1903). — 3) P. Bertau, Zentr. Bakt., I, 74, 374 (1914). — 4) Cl. Fermi, Ebenda, /2,713 (1892). Brunton u. Mac Fadyen, Proc. Roy. Soc. (1890), 46, 642. — 5) H. Will, Ztsch. ges. Brauwes., 21, 139 (1898); ebenda (1901), p. 113. Zentr. Bakt., II, 7, 794 (1901). W. Henneberg, Ztsch. Spir.-Ind., 27 (1904). — 6) Ad. Hansen, Flora, 72, 88 (1889). C. Wehmer, Chem.-Ztg., 19, 2038 (1895). — 7) Cl. Fermi, Arch. Hyg., 10, i (1890); 12 (1891). — 8) Fermi u. BuscALiONi, Zentr. Bakt., II, 5, Nr. 1 (1899). F. M. Marras, Zentr. Bakt., I, 74, 605 (1914); Arch. farm. sper., 24, 3 (1917). Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 9 130 Vieru nddreißigstes Kap. : Die Resorption v. Eiweißstoffen durch Bacterien u. Pilze. von Bacter. prodigiosum, Choleravibrio und anderen Formen, besonders gut beim FiNKLER-PRiORschen Vibrio, das Enzym mittels Alkohol fällen und von den Bacterien trennen. Mehrfach wurde erfolgreich versucht, das Enzym durch Tonkerzenfiltration von den Mikroben zu trennen, so von Malfitano(I) beim Bacill. anthracis. Die vollkommenste, wenn auch nicht immer anwendbare Methode ist die Herstellung von Preßsaft. So konnten Geret und Hahn (2) zu- erst die Eigenschaften des proteolytischen Enzyms der Bierhefe studieren, welches sie als Endotrypsin bezeichneten. Dieselben Forscher unternahmen es auf demselben Wege, das proteolytische Enzym vonTuberkelbazillen und Typhusbacterien nachzuweisen, was Krause (3) auch bei Bacill. pyocyaneus gelungen ist. Ferner hat man oft mit Erfolg zum Nachweise bacterieller Proteasen die EiJKMANsche Milchagarplatte benutzt (Loeb) (4). Bourquelot und Herissey (5) bestimmten zum Nachweise tryptischer Enzyme das Casein in entfetteter Milch vor und nach der Enzymwirkung. Das Studium der eiweißlösenden Spaltpilzenzyme bei Gegenwart von Chloroform hat Salkowski(6) eingeführt. Das durch Chloroformeinwirkung auf Preß- hefe eintretende Zerfließen der Masse unter Zerstörung der Zellen läßt sich sehr gut zur Ge\vinnung guter Enzymlösungen aus Hefe gebrauchen (7). Nach ViNES (8) Vorschlag kann man bei der Untersuchung auf tryptische Hydrolyse von festem Eiweiß die Tryptophanprobe mit Chlorwasser und H2SO4 als Reagens gebrauchen. Durch alle diese Methoden hat man bei den Bacterien seit den ersten Arbeiten hierüber durch Hüfner, Fermi, Rietsch und Sternberg, Raczynski,Salkowski und andere Autoren (9) die außerordentlich große Ver- breitung der Produktion von proteolytischen Enzymen sichergestellt. Schon die einfache Beobachtung der innerhalb einer gewissen Zeit verflüssigten Gelatineschicht kann einen Vergleich der proteolytischen Tätigkeit einzelner Mikrobenformen ermöglichen (10). Einfach und bequem verfolgt man den Fortgang der Proteolyse in der Kulturflüssigkeit mittels Formoltitrierung nach SÖRENSEN (11). Die Bedeutung dieser Fermente liegt in der intracellulären Umsetzung von Proteinstoffen einerseits, andererseits in der Verflüssigung der Substrateiweißstoffe im Dienste der Nahrungsaufnahme. Daß die Proteasen bei pathogenen Bacterien die Bedeutung von Angriffswaffen haben, ist unwahrscheinlich, da die pathogenen Eiterbacterien keinen Parallelismus ihrer Virulenz und ihrer proteolytischen Wirkung zeigen (12). 1) G. Malfitano, Soc. BioL, 55, 841 (1903). — 2) L. Geret u. M. Hahn, Ber. ehem. Ges., 31, 202, 2335 (1898). Ztsch. f. Bio!., 40, 117 (1900). Chem. Zentr. (1900), II, 641. Das proteolyt. Enzym d. Hefe, München (1900). — 3) P. Krause, Zentr. Bakt., I, 31, 673 (1902). — 4) A. Loeb, Ebenda, 32, 6 (1903). — 5) Bour- quelot u. Herissey, Compt. rend., 127, 666 (1898). — 6) E. Salkowski, Ztsch. Biol., 25, 92 (1889). — 7) A. H. Koelker, Ztsch. physiol. Chem., 67, 297 (1910). — 8) Vines, Ann. of Bot. June 1903. — 9) Hüfner, Journ. prakt. Chem., 5, 872 (1872). Cl. F^rmi, Zentr. Bakt., 7, 469 (1890). Rietsch, Journ. Pharm, et Chim., j6, 8 (1887). Sternberg, Justs Jahresber. (1887), I, 111. Raczynski, Zentr. Bakt., 6, 112 (1889). Salkowski, 1. c. Milch-Streptococcen: Barthel u. Sandberg, Zentr. Bakt., II, 49, 392 (1919). Pyocyaneus: Launoy, Compt. rend. Soc. biol., 82, 263 (1919). — 10) H. DE Waele u. Vandevelde, Zentr. Bakt., I, 39, 363 (1906). J. BiELECKi, Compt. rend., 150, 1548 (1910); 'J. Lauber, Zentr. Bakt., I, 56, 542 (1910). — 11) Rosenthal u. Patai, Zentr. Bakt., I, 73, 406; 74, 369 (1914). Messung der Proteolyse ferner: Grigaut, Guerin u. Pommay-Michaux, Compt. rend. Soc. Biol., 82, 66 (1919). Mittels des Kresol-Tyrosinasereagens von Chodat: Breslauer, Ztsch. Gär. physiol, 4, 353 (1914); Bull. Soc. Bot. Geneve (2), 8, 319 (1916). — 12) Knapp, Ztsch. Heilkunde, 23. Heft 9 (1902). § 1. Die proteolytischen Enzyme von Pilzen und Bacterien. 131 Praktisch wichtig sind besonders die peptonisierenden Bacterien der Milch (1). Für die Casein verflüssigende Wirkung wurde ein besonderes Enzym (Casease) vermutet (2). Tissier (3) meint, daß die anaeroben Bacterien am stärksten proteolytisch wirken. Ein pflanzenparasitisch lebendes Bacterium, das Bact. Nicotianae, hat Uyeda (4) als tryptisch wirksam erkannt. Sawamura (5) fand auf Protein aus Sojabohnen den kräftig wirksamen Bac. natto. Hingewiesen sei noch auf die kräftige Proteo- lyse durch die Bacterien der Eiweißfäulnis (6) und manche krankheits- erregende Blutparasiten (7). Hingegen verändert der Glucobacter von Bernard (8) aus dem Darm des Hundes Eiweiß nicht, verflüssigt auch Gelatine nicht. Von den naheverwandten Fadenbacterien des Süßwassers verflüssigt nach Zikes (9) Cladothrix dichotoma Gelatine äußerst langsam, Sphaerotilus hingegen rasch. Beim Choleravibrio gelingt es nach Bitter (1 0) durch halbstündiges Erhitzen der Kulturen auf 60" die Bacterien zu töten, ohne das Gelatine verflüssigende Enzym zu zerstören. Das Enzym des Vibrio Finkler-Prior verträgt nach Fermi (1 1 ) 10 Minuten langes Erhitzen auf 120—140° im trockenen Zustande. Daß Bacterienproteasen recht hitzebeständig sein können, ergab ferner die Untersuchung des Enzyms von Bact. prodigiosum durch Mesernitzky sowie durch Gröer (12), wo auch die Schutzwirkung der Substratgelatine näher bestimmt worden ist. Sauerstoffzutritt soll nach LiBORiuS (13) bei vielen aeroben Formen zur Ausbildung des proteo- lytischen Enzyms nötig sein. Gegenwart von Eiweißstoffen ist nach Fermi (14) keine Vorbedingung zur Produktion der Protease. Allerdings wirkt eiweißreiches Substrat fördernd auf die proteolytische Wirksamkeit (15). Bacterienproteasen sind nach den übereinstimmenden Erfahrungen verschiedener Forscher (16) gegen Säuren sehr empfindlich. Alkali wird nicht in so weitgehendem Maße vertragen, wie bei Panki-eastrypsin. Fluor- natrium hemmt sehr stark. Die proteolytische Wirkung bei Bac. anthracis wird nach Bielecki (1 7) durch Kalksalze gefördert. Zuckerzusatz vermag, wie Auerbach (1 8) angibt, die Gelatineverflüssigung bei Bacterien entschieden herabzusetzen, doch kann dies nur auf einer Verringerung der Trypsinpro- 1) Hierzu: Kendall, Journ. Amer. Chem. See, 36, 1937 (1914). Gorini, Atti Acc. Line. (5), 24, II, 369, 470 (1915); 26, II, 195, 223 (1917); Swiatopelk- Zawadzki, Ztsch. Unt. Nähr., 32, 161 (1916). Caseinspaltung : Barthel, Zentr. Bftkt., II, 44, 76 (1915). CoRNisH u. Williams, Biochem. Journ., 11, 180 (1917). Umsatz von Galalith durch Bodenbacterien: E. Blanck, Landw. Vers.stat., go, 17 (1917). — 2) Vgl. C. Hirt, Botan. Zentr., 86, Üb (1901). Kalischer, Arch. Hyg., 37, 30 (1900). Bernstein, Chem. Zentr. (1896), I, 317. F. W. Boekhout u. J. Ott de Vries, Zentr. Bakt., II, 12, 687 (1904). Casease: P. Maze, Ann. Pasteur. 19, 481 (1905). 0. Laxa, Milch wirtsch. Zentr., 3, 200 (1907). — 3) Tissier, Ann. Pasteur, 26, Heft 7 (1912), p. 522. — 4) Y. Uyeda, Bull. Imp. Centr. Agr. Ex. Sta. Japan, i, 39 (1906). — 5) S. Sawamura, Orig. Com. 8. Int. Congr. Appl. Chem., 14, 145 (1912). — 6) Vgl. Kligler, Biochem. Bull., 4, 195 (1915). R. J. Wagner, Ztsch. Unt. Nähr., 31, 233 (1916). — 7) Für B. paratyphi B: de GraffI Bull. Sei. Pharm., 23, 257 (1916). — 8) Bernard, Pharm.-Ztg., 59, 589 (1914). — 9) H. Zikes, Zentr. Bakt., II, 43, 529 (1915). — 10) H. Bitter, Arch. Hyg., 5, 241 (1886). — 11) Cl. Fermi, Arch. Hyg., 10, 1 (1890); 12 (1891). — 12) P. Mesernitzky, Biochem. Ztsch., 29, 104 (1910). F. v. Gröer, Ebenda, 38, 252 (1912). Diss. Breslau 1912. Auch K. Meyer, Biochem. Ztsch., 32, 274 (1911). -- 13) LiBORius, Ztsch. Hyg., i, 115. — 14) Fermi, Zentr. Bakt., 10, Nr. 13 (1891). — 15) ScHMAiLowiTSCH, Biochcm. Zontr. 1903, Ref. 467; Matzuschita, Zentr. Bakt., I, 28, 303 (1900). Diffusionsfähigkeit von Bactcrienprotease: Kellermann, Zentr. Bakt., II, 34, 56 (1912). Haberlandt, Beitr. allg. Botan., j, 501 (1918). — 16) F. v. Gröer, 1. c. E. Lazarus, Compt. rend., 149, 423 (1909); K. Meyer, 1. c. Drummond, Biochem. Journ., 8, 38 (1914). — 17) J. Bielecki, Compt. rend. X52, 1875 (1911). — 18) W. Auerbach, Arch. Hyg., 31, 311 (1897). 9* 132 VierunddrelßigBtes Kap. : Die Resorption v. Eiweißstoffen durch Bacterien u. Pilze. duktion beruhen. Gegenwart von Alkaloiden kann nach Fermi (1 ) die Bil- dung von Bacterienproteasen hemmen und selbst aufheben. Derselbe For- scher (2) fand, daß manche Anilinfarben, wie Vesuvin, Trypsinwirkungen schwächen. Schailowitsch gibt an, daß man Bacteriotrypsine so rein darstellen kann, daß sie keine Eiweißreaktionen mehr geben. Bezüglich der Reaktionskinetik existieren nur wenige Angaben. Fuhrmann (3) fand bei kleinen Fermentmengen die verflüssigte Gelatinemenge proportional der Einwörkungszeit, während Gröer ein exponentielles Abhängigkeits- verhältnis angibt. Dieselbe Differenz der Angaben erstreckt sich auf die Abhängigkeit des Effektes von der Enzymmenge. Daß die Wirkung der Bacteriotrypsine auf Eiweißstoffe mit der Pan- kreastrypsinwirkung übereinstimmt, ist mehrfach festgestellt worden (4). Nach Mavrojannis (5), dessen Befunde durch Tiraboschi (6) bestätigt worden sind, verhält sich die von verschiedenen Bacterien verflüssigte Gelatine gegen Formol nicht gleich. In manchen Fällen erstarrt sie auf Formolzusatz, in anderen bleibt sie flüssig. Wahrscheinlich hängt dies mit dem verschieden weitgehenden Abbau der Gelatine zusammen. Die Gelatine härtende Wirkung, welche Smith (7) von einer Schleimfluß- bacterie angibt, bedarf noch weiterer Aufklärung. Die schwer löslichen Aminosäuren, wie Tyrosin, können sich. bei niederer Temperatur bis zum Entstehen krystallinischer Ausscheidungen anhäufen ( 8). Die Vorstellungen, welche Ssadikow (9) von der Angriffsweise der Bacteriotrypsine entwickelt, und die darin gipfeln, daß die gebildeten Aminosäuren nicht primären Ur- sprunges sind, sondern sekundär synthetisch entstandene Produkte seien, steht in vollständigem Widerspruch mit der heutigen Eiweißchemie und dürfte wohl einer Ablehnung sicher sein. Z ak (1 0) beobachtete bei der Wirkung der Pyocyaneusprotease die intermediäre Albumosenbildung. Neuere Erfahrungen haben ergeben, daß Enzymwirkungen auf Pep- tone (11) und Polypeptide bei Bacterien verbreitet vorkommen. Das nähere Verhältnis der hierbei in Frage kommenden Enzyme zu den proteolytischen Wirkungen bedarf allerdings noch der Feststellung. Bei den von Sperrt untersuchten Bacterien (12) wurden reine Präparate von nativen Eiweiß- körpern nicht zersetzt, wohl aber erfolgte bei Gegenwart von Peptonen vollständige Proteolyse. Bacterionucleasen werden in der Literatur wenig erwähnt, obwohl es keinem Zweifel unterliegt, daß Nucleinsäuren durch Bacterien verbreitet gespalten werden können (13). Bacterien der mensch- lichen Darmflora spalten Nuclein-N binnen 20 Tagen zu 70—100% bis zu Ammoniak auf unter vöUiger Zerstörung der Puringruppen (14). Nuclein- spaltungsprodukte wurden auch im Boden nachgewiesen (15). lY^ERMi, Arch. Hyg., 14, 1 (1892). — 2) Fermi u. Repetto, Zentr. Bakt, I, 31, 403 (1902). — 3) Fuhrmann, Vorlesungen über Bacterienenzyme, p. 46. t- 4) Vgl. F. Cacace, Zentr. Bakt., 30, 244 (1901). Auch E. Abderhalden u. 0. Emmerling, Ztsch. physiol. Chem., 51 394 (1906). A. Horowitz-Vlassowa, Arch. Sei. Biol., 15, 40 u. 428 (1911). — 5) A. Mavrojannis, Ztsch. Hyg., 45, 108 (1904). — 6) C. Tiraboschi, Ann. d'Ig. sper., 15, Heft 3 (1906). F. G. Charasow, Biochem. Zentr., 4, Ref. Nr. 761. — 7) R. Gr. Smith, Proc. Linn. Soc. N. S. Wales (1905). Bot. Zentr., 104, 123. — 8) Vgl. Piettre, Compt. rend., 158, 1934 (1914). Für Leucin: Plaisance, Journ. Amer. Chem. Soc, 39, 2087 (1917). — 9) W. S. Ssadikow, Biochem. Ztsch., 41, 287 (1912). — 10) E. Zak, Hofmeist. Beitr., 10, 287 (1907). — 11) Spaltung von Peptonen: E. Abderhalden, Pincussohn u. Walter, Ztsch. physiol. Chem., 68, 471 (1910); Seidenpepton: W. Weichardt, Zentr. Physiol. d. Stoffwechs., j, 131 (1910); Glycyl tyrosin : T. Sasaki, Biochem. Ztsch., 47, 462 (1912). Proteosen u. Peptone im Boden: Walters,, Journ. Ind. Eng. Chem., 7, 860 (1915). — 12) Sperry u. Rettger, Journ. Biol. Chem., 20, 446(1916). — 13) Für Bac. mesentericus : A. Horowitz-Vlassowa, Arch. Sei. Biol., 15, 40 (1911). — 14) Thannhauser u. Dorfmüller, Ztsch. physiol. Chem., 102, 148 (1918). — 15) Torf: Bottomley. Proc. Roy. Soc, B, 90, 39 (1917). § 1. Die proteolytischen Enzyme von Pilzen und Bacterien. 133 Nach MucH (1 ) bringt Staphylococcus aureus ein Blut gerinnendes Enzym, eine Thrombokinase hervor. Lebende Bacterien werden durch Pepsin- HCl oder Trypsin nicht an- gegriffen, während tote Bacterienzellen angreifbar sind (2). Dies beruht wahrscheinlich auf der Existenz resistenter Proteine in der lebenden Zelle, nicht, wie öfters angenommen worden ist, auf der Gegenwart von Anti- protease in lebenden Mikrobenzellen. Pepsinlösung wird durch Fäulnis- bacterien rasch zerstört (3). Die Hefen wirken, wie Beijerinck und Will zeigten (4), sämtlich proteolytisch auf die dem Substrate zugesetzten Eiweißstoffe. Die stärkste Wirkung fand Beijerinck bei Schizosaccharomyces octosporus. Von diesem Forscher wird auch die Bedeutung der absterbenden Zellen für die Gegen- wart des proteolytischen Enzyms im Substrate gewürdigt. Doch findet bei WilUa anomala nach Will sicher Exosmose des Enzyms aus intakten lebenden Zellen statt, während bei Oidium lactis nur Endotrypsin gebildet wird. Andere Oidiumformen produzieren nach Schnell (5) Sekretions- enzym. Für Torula-Arten untersuchte Will (6) die Gelatineverflüssigung. Takahashi studierte die Proteolyse durch die japanische Sakehefe (7). Da Geret und Hahn (8) fanden, daß der Hefepreßsaft auf verschiedene Eiweißstoffe viel energischer wirkt, als eine Hefekultur die Eiweißsübstanzen ihres Substrates verflüssigt, ist es berechtigt, mit diesen Forschern das proteolytische Enzym der Hefe als ein intracelluläres Enzym, Endotrypsin oder „Endotryptase" von Geret und Hahn, anzusehen. Schon in älterer Zeit lenkten die Erscheinungen der Autodigestion der Hefe, bei der, wie bereits Schützenberger und andere Forscher fanden, zahlreiche Amino- säuren entstehen, die Aufmerksamkeit auf die Möglichkeit, daß den Hefen tryptisches Enzym eigen sei. Salkowski (9) bewies zuerst, daß die Selbst- gärung der Hefe im wesentlichen ein enzymatischer Vorgang ist. Später hat Kutscher (1 0) die wichtigsten tryptischen Spaltungsprodukte bei der Hefeautolyse nachgewiesen, und so alle Zweifel an der Natur dieses Prozesses beseitigt. Von anderer Seite wurde die Selbstverdauung der Hefe als Auto- phagie bezeichnet (11). Derselbe Vorgang stellt sich ein, wenn Preßhefe, mit Chloroform versetzt, zerfließt, infolge Tötung der bellen und der ein- tretenden tryptischen Wirkung (12). Nach Schütz (13) wirkt das Hefetrypsin auf die verschiedensten Eiweißstoffe ein, .doch scheint es, als ob die der Hefe eigenen Proteine am schnellsten gespalten würden. Geret und Hahn 1) H. MucH, Biochem. Ztsch., 14, 143 (1908). — 2) Cl. Fermi, Arch. dl Farm. Sper., 8, 481 (1909); 10, 1 (1911); Zentr. Bakt., 56,56(1910); 52, 252(1909): Bürgers, Schermann u. F.Schreiber, Ztsch. Hyg.. 70. 119 (1912). H. de Waele Zentr. Bakt., I, 50, 40 (1909). Kruse, Münch. med. WocLschr., 57, 10. Heft (1910), — 3) J. Papasotirion, Arch. Hyg., 57, 269 (1906). — 4) Beijerinck, Zentr. Bakt. (1897), p. 521. Delbrück, l(ochs Jahresber. (1893), p. 139. H. Will, Ztsch. ges. Brauwes., 21, 139 (1898). Zentr. Bakt., II, 7, 794 (1901). — 5) E. Schnell, Zentr. Bakt., 35, 22 (1912). Weidenbaum, Zentr. Bakt. (1892), 69. — 6) H. Will, Ebenda. II, 34, 1 (1912). — 7) Takahashi, Bull. Agr. Coli. Tokyo, 4, 395 (1902). — 8) Geret u. Hahn in Buchners Zymasegärung (1903), p. 287. Hahn u. Lafar, Handb. techn. Mykol., IV, 438 (1907). — 9) E. Salkowski, Ztsch. physiol. Chem., 13, 506 (1889); jr, 323 (1900). — 10) Kutscher, Ztsch. physiol. Chem., 32, 59 u. 419 (1900). Über Autolyse von Hefe und Schimmelpilzen ferner: Dox, Journ. Biol. Chen\., 16, 479 (1914). N. Iwanoff, Biochem. Ztsch., 63, 359 (1914). Zaleski u. Schataloff. Ebenda, 69, 294 (1915). H. S. Reed, Journ. Biol. Chem., 19, 257 (1914); 21, 159 (1915). K. G. Dernby, Biochem. Ztsch., 81, 107 (1917). Vansteenbergb, Ann. Inst. Pasteur, 31, 601 (1917). — 11) Vgl. J. Effront, Monit. Sei. (4), 19, II, 485 (1906). M. Schenck, Biochem. Zentr., 4, Ref. Nr. 1511. — 12) Vgl. A. H. Koelker, Ztsch. physiol. Chem., 67, 297 (1910). — 13) J. Schütz, Hofmeist. Beitr., 3, 433 (1902). 134 . Vierunddreißigstes Kap. : Die Resorption v. Eiweißstoffen durch Bacterien u. Pilze. fanden, daß Hefetrypsin am besten bei schwach saurer Reaktion wirkt, entsprechend 0,2% HCl; dasselbe scheint nach Pantanelli (1) von dem Enzym der Weinhefe zu gelten. Der autolytische Effekt kann, wie Dernby ausführt, nur bei solchen H -lonenkonzentrationen vor sich gehen, welche eine gleichzeitige Tätigkeit aller proteolytischen Hefeenzyme gestatten, von denen dieser Forscher drei: ein Pepsin, einErepsin und ein Trypsin an- nimmt. Vandevelde fand zwar günstige Wirkung von Natriumkarbonat (2), doch wirken Alkalien allgemein stark nachteilig. Primäres Kahumphosphat fördert nach Iwanoff (3) die Wirkung der Hefeprotease, vielleicht aber nur infolge der sauren Reaktion. Geret und Hahn gewannen aus Hefe Trypsinpräparate, welche keine Millonsche und keine Biuretprobe mehr gaben. Die Acetondauerhefe, Zymin, besitzt iiach Gromow und Grigoriew (4) ebenfalls intensive proteolytische Wirkung. Größere Zusätze von Zucker (60— 8o% Rohrzucker), Mannit, Glycerin hemmen die Arbeit des Endo- trypsins aus abgetöteter Hefe sehr stark. Hemmung bedingt auch Anwesen- heit von Chinin oder Alkohol, während Kaliumnitrat und Calciumchlorid fördernden Einfluß entwickeln. Über die Temperatureinflüsse handelt eine Arbeit von Petruschewsky, wo auch auf die Zymasezerstörung durch das Hefetrypsin eingegangen wird (5). Proteosen konnten von den meisten Untersuchern bei der Hefetrypsin- wirkung nur vorübergehend und in geringer Menge nachgewiesen werden, Pepton gar nicht. Doch gibt Bokorny (6) an, daß man bei der Wirkung frischer Preßhefe auf Fleischmehl unter Zusatz von 1,5% Phosphorsäure reichlich Pepton nachweisen könne, und will daraus schließen, daß in der Hefe neben einem tryptischen noch ein peptisches Enzym vorhanden sei Jedenfalls ist die Peptasewirkung der Hefe quantitativ zurücktretend. Peptonartige Körper im Inneren von Hefezellen wiu'den übrigens von Vlahuta (7) nachgewiesen; die Zymase befand sich in dieser Pepton- fr aktion. Ferner haben es Versuche von Vines (8) wahrscheinlich gemacht, daß neben dem Hefetrypsin ein erepsinartigefe Ferment vorkommt. Ein rasch hergestelltes Wasserextrakt aus Dauerhefe wirkt nicht fibrinlösend, während ein mit 2% NaCl hergestelltes Extrakt das Fibrin gut verdaut. Wie die Tryptophartprobe erweist, wirken aber beide Extrakte auf Witte- Pepton gleich stark ein. Dies ist nach Vines am besten durch die Annahme zu erklären, daß in der Hefe ein in Wasser schwer und in Salzlösung gut lösliches Trypsin vorhanden ist, außerdem aber ein wasserlösliches Erepsin. Daß das Hefeenzym verschiedene synthetisch gewonnene Polypeptide spaltet, ist mehrfach sichergestellt worden (9). Die von Krasnogorski (1 0) in Hefe, aber auch in Pilzen und Bacterien gefundene Substanz, welche die Pepsinwirkung hemmt und die er als „Antipepsin" bezeichnet, ist noch nicht aufgeklärt. Erwähnt sei noch, daß Kostytschew(II) Anhaltspunkte 1) E. Pantanelli, Zentr. Bakt., II, jj, 545 (1911). — 2) A. J. Vandevelde, Bull. See. Chim. Belg., 26, 107 (1912). — 3) N. Iwanoff, Ztsch. Gär.physiol., i, 230 (1912). — 4) T. Gromow u. 0. Grigoriew, Ztsch. physiol. Chem., 42, 299 (1904). Gromow, Ebenda, 48, 87 (1906). — 5) A. Petruschewsky, Ebenda, 50, 251 (1906). — 6) Th. Bokorny, Beiheft botan. Zentr., 13, 236 (1903). Ztsch. Spir. Ind., 15. Jan. 1900. Allg. Brau.- u. Hopf.ztg., 54, 2533 (1914). Ferner: Iwanow, Biochem. Journ., 12, 106 (1917). Vgl. auch M. L. Foster, Journ. Am. Chem. Soc, 35, 916 (1913) für Cladothrix chromogenes (Actinomyces). E. Mace, Compt. rend., J41, 147 (1905). — 7) EuG. Vlahuta, Bull. Ac. Roum., j, 123 (1914). — 8) S. H. Vines, Ann. of Bot., j5, 289 (1904); 23, 1 (1909). — 9) A. H. Koelker, Journ. biol. Chem., 8, 145 (1910). Ztsch. physiol. Chem., 67, 297 (1910). Abderhalden u. Y. Teruuchi, Ebenda, 49, 21 (1906). — 10) N. J. Krasnogorski, Biochem. Zentr., 5, 436 (1906). — 11) Kostytschew u. Brilliant, Ztsch. physiol. Chem., gi, 372. § 1. Die proteolytischen Enzyme von Pilzen und Bacterien. 135 dafür gefunden hat, daß die Enzyme des Hefemacerationssaftes aus den Eiweilizerfallsprodukten unter bestimmten Bedingungen Kondensationen {Eiweißrückbildung?) veranlassen können. Bei höheren Pilzen sind proteolytische Enzyme äußerst verbreitet. Von den einschlägigen Angaben seien nur die vielfachen Untersuchungen des proteolytischen Enzyms von Aspergillus und Penicillium durch A. Hansen, Wehmer, Malfit ano, Butkewitsch und andere Forscher (1), von Mueor durch Chrzaszcz (2), von Monilia durch Went (3), von Pseudodematophora durch Behrens (4), von Glomerella durch Reed (5), von Stachybotrys atra durch Zopf (6), von Ustilago-Arten durch Herzberg (7) erwähnt. Interessante Beobachtungen über Proteolyse durch Mycorrhizapilze bringt Shibata (8). Bei Hutpilzen wiesen Hjort, Bourquelot und Herissey, KoHNSTAMM, letzterer für holzbewohnende Pilzformen, sowie Fermi und Buscalioni (9) Proteasen in weiter Verbreitung nach. Die beiden letzt- genannten Forscher erzielten auch bei Flechten positive Resultate. Die Resorption von Keratin durch Pilze, welche bei der durch M. Ward (1 0) studierten Lebensweise von Onygena equina in Frage kommt, ist noch sehr wenig gekannt. Kölliker(11) berichtete auch von Pilzen, die im Horngerüst von Spongien leben. Eine offene Frage ist es schließlich, ob die bei der Zerstörung des Chitinpanzers von Insekten durch parasitische Pilze (12) in Betracht kommenden Enzyme etwas mit den proteolytischen Enzymen zu tun haben. Die Pilzproteasen wirken, wie wiederholt, z. B. durch Hjort, Mal- FiTANO, Butkewitsch nachgewiesen wurde, auf Eiweißsubstanzen ganz analog wie Pankreastrypsin. Das Aspergillusenzym entfaltet nach Malfitano seine beste Wirkung bei fast neutraler bis schwach saurer Reaktion. Daß die Produktion des Pilztrypsins von der Darbietung eines eiweißreichen Nährbodens abhängig sein kann, wurde für Monilia sitophila durch Went gezeigt. Anwesenheit von freiem Sauerstoff ist keine notwendige Vorbe- bedingung für die Trypsinbildung. Auch bei den Pilzen ist die Frage auf- getaucht, ob nicht anscheinend tryptische Effekte durch ein Zusammen- wirken eines pepsinartigen und eines ereptischen Enzyms zustande kommen können, was für Psalliota campestris Vines in ähnlicher Weise wie für Hefe erläutert hat. Daß in Hutpilzen erepsinartiges Enzym vorkommt, haben 1) A. Hansen, Flora, 72, 88 (1889); C. Wehmer, Chem.-Ztg., /p, 2038 (1895). Zentr. Bakt., II, 2, 140 (1896); Malfitano, Ann. Pasteur, 14, 60, 420 (1900). Saito, Bot. Mag. Tokyo, 17, Nr. 201 (1904). W. Butkewitsch, Jahrb. wiss. Bot., 38, 147 (1902). A. Bloch WITZ, Zentr. Bakt., 39, 497 (1913). Aspergillus Oryzae (;Takaferment): J. Wohlgemuth, Biochera. Ztsch., 39, 324 (1912). 0. SzAnt6, Ebenda, 43, 31 (1912). K. Okazaki, Zentr. Bakt., II, 19, 481 (1907). Milchpeptoni- sierung durch Schimmelpilze: A. Sartory,' Sog. Biol., 64, 789 (1908). Aspergillus- arten: Okazaki, Zentr. Bakt., 42, 225 (1914). Penicillium: Franceschelli, Ebenda, 43, 305 (1915). — 2) T. Chrzaszecz, Zentr. Bakt., II, 7, 332 (1901). W. Giese- BRECHT. Diss. Würzburg 1916. — 3) F. A. Went, Jahrb. wiss. Bot, 36, 655 (1901). Fusarium u. Moniüa: D. Bruschi, Accad. Line. Roma, 21, 225^1912). — 4) Behrens, Zentr. Bakt., II (1897), p. 641. — 5) H. S. Reed, Ann. Rep. Virginia Agr. Ex. Sta. 1911—12, p. 51. — 6) Zopf, Die Pilze (1890), p. 449. — 7) Herzberg, Zopfs Beitr. 1895. — 8^ Skibata, Jahrb. wiss. Bot., 37, 670 (1902). — 9) Hjort, Zentr. Physiol., 10, 192 (1896). Coprinus: Sachs Vorlesungen, 2. Aufl., p. 381 u. J. R. Weir. Flora 103, 270 (1911). Bourquelot u. Herissey, Journ. Pharm, et Chim. (6), 8, 448 (1898). Bull. Soc. Mycol., 15, 60 (1899). Ph. Kohnstamm, Beih. botan. Zentr., 10, 90 (1901). A. H. Buller, Ann. of Bot. (1906), p. 49. Fermi u. Bus- calioni, Zentr. Bakt., II, 5 (1899). — 10) MARsh. Ward, Phil. Trans. Roy. Soc, B, J91, p. 269 (1899). Ausbreitung von Hyphomyceten im Horngewebe: Kraus, Ztsch. wiss. Mikr., 22, 572 (1906). — 11) Kölliker, Ztsch. wiss. Zoolog., 10, 217 (1859). — 12) Ausbreitung des Mycels von Cordyceps in Chitinhäuten: B.\ry, Morphol. d. Pilze, p. 381. 136 Vierunddreißigstos Kap. : Die Resorption v. Eiweißstoffen durch Bacterien u. Pilze. auch Delezenne und Mouton (1 ) gezeigt, die außerdem darauf aufmerksam machten, daß der Saft von Amanita und anderen Hutpilzen Pankreas- sekret ebenso aktiviert, wie die Enterokinase des tierischen Dünndarmes. Pilzerepsin wurde ferner für Poljrporus squamosus durch Buller (2), für das Takaferment aus Aspergillus oryzae durch Vines und durch Wohl- gemute, für Glomerella und Sphaeropsis durch Reed (3) nachgewiesen. Die Frage ist also nur, ob in Pilzen ein dem Pepsin analog wirksames Enzym, welches Eiweiß löst, jedoch keine Aminosäuren bildet, allgemeiner vorkommt. Mit den Pilzproteasen hängt endlich das Vorkommen größerer Mengen von Aminosäuren und deren Derivate im Stoffwechsel zusammen. Sehr auffallend ist nach Molliard (4) die reichliche Bildung von GlykokoU dm'ch die auf Zygaena parasitisch lebende Isaria densa. Der Farbstoff von Lycoperdon gemmatum, von Kotake und Naito (5) als Gemmatein bezeichnet, leitet sich wohLvon Tyrosin ab; es gibt mit Ätzkali p-Oxyr phenylessigsäure, mit HgOg angeblich Homogentisinsäureanhydrid. Auch der Umsatz von Schwefel aus den Cystingruppen gehört hierher (6). Die Pilznucleasen sind im ganzen wenig studiert worden. Iwanoff (7) kam bei seinen Untersuchungen über Spaltung von Nucleinsäuren durch Schimmelpilze zum Ergebnis, daß man das. wirksame Enzym vom Mycel trennen kann, und zeigte dessen Verschiedenheit von dem Pilztrypsin. Angaben über Nüclease aus Pholiota mutabihs und Evernia prunastri (Flechte) findet man bei Teodoresco (8) (Temperatureinfluß). Am meisten wurde seit Salkowskis Forschungen die Nucleinspaltung bei Hefen be-. achtet. Amberg und Jones (9) wiesen nach, daß Hefe wohl die eigene Nucleinsäure spaltet, jedoch nicht die Thymusnucleinsäure. Bei der An- wendung von Hefepulver als Fermentmaterial gelang es, Guanosin als Intermediärprodukt der Hydrolyse festzustellen. In Penicillium glaucum fand Sullivan (1 0) Hypoxanthin, Guanin, Adenin und Thymin als Derivate des Nucleinstoffwechsels; aus Amanita muscaria isolierte Buschmann (11) Hypoxanthin (überwiegend) und Xanthin. Den Myxomycetenplasmodien fehlen gleichfalls proteolytische Enzyme nicht. In Fuligo.varians wurde Trypsin zuerst von Krukenberg (12) nach- gewiesen; Öelakovsky (1 3) studierte die Aufnahme und Verdauung von Ei- weiß bei verschiedenen lebenden Myxomyceten. Dem letzteren Autor zufolge pflegt der Inhalt der Verdauungsvacuolen meist neutral, seltener sauer zu reagieren. Aus Erdamöben isolierte Mouton (14) ein tryptisches Enzym, welches bei sehr schwach alkalischer Reaktion am besten wirkt und bei 60° abgetötet wird. Daß Fuligo varians auch angesäuerte Gelatine ver- flüssigt, ist durch Schroeder (1 5) gezeigt worden. Fuligo enthält diesem Autor zufolge außerdem Labenzym, das über- haupt bei Bacterien und Pilzen sehr verbreitet ist, dessen Funktion aber nicht aufgeklärt ist. Bacterienlab wird in Arbeiten von Hueppe, Duclaux, 1) C. Delezenne u. H. Mouton, Compt. rend., 136, 633(1903). Soc. biol., 55, 27 u. 327 (1903). — 2) A. H. Buller, 1. c. — 3) H. S. Reed u. H. S. Stahl, Journ. biol. ehem., 10, 109 (1911). — 4) Molliard, Compt. rend., 167, 786 (1918). — 5) Kotake u. Naito, Ztsch. physiol. Chem., go, 254 (1914). — 6) Vgl. Tanner, Journ. Amer. Chem. Soc, 40, 663 (1918). — 7) L. Iwanoff, Ztsch, physiol. Chem., 59. 3J (1903). — 8) Teodoresco, Compt. rend., 155, 654 (1912). — 9) S. Amberg u. W. Jones, Journ. biol. Chem., 13, 441 (1913). — 10) Sullivan, Biochem. Bull., j, 86 (1913). — 11) E. Buschmann, Pharm. Post, ^5, 453 (1912). — 12) Kruken- berg, Untersuch, physiol. Inst. Heidelberg 2, 273. Protease aus Myxamöben: M. PiNOY, Soc. Biol, 55, 769(1905). — 13) Celakowsky jun., Flora 1892, Erg.bd., p. 237. — 14) H. Mouton, Compt. rend., 133, 244 (1901). Soc. biol., 53, 801 (1901). — 15) H. Schroeder, Hofmeist. Beitr., 9, 153 (1907). § 1. Die proteolytischen Enzyme von Pilzen und Bacterien. 137 Flügge, Warington, Conn, Gorini, Huysse, Italischer und anderer Forscher (1) erwähnt. Bei der Bacterienflora der Milch ist die labende Wirkung sehr ausgeprägt. Die Mikroben können auf das Ca§ein erst labend und dann peptonisierend wirken; es kommt gar nicht zur Labgerinnung, wenn das Casein rasch weiter hydrolysiert wird. Nach Gorini bildet Micro- coccus prodigiosus das Labenzym nicht nur bei Gegenwart von Milch- casein und Milchzucker. Gönn gelang es, das Bacterienlab durch Porzellan- kerzen zu filtrieren und aus dem Filtrate zu fällen. Mit dem Labferment der höheren Pilze hat sich besonders Gerber (2) eingehend befaßt. Es handelt sich um Fermente, welche bei schwach saurer Reaktion am besten wirken, gegen Alkali sehr empfindlich sind und durch Gegenwart von Kalksalzen stark in ihrer Wirkung gefördert werden. Schwer- metalle in kleinen Mengen stimulieren die Wirkung. Bruhne (3) fand labende Wirkung bei Hormodendron hordei, Saito (4) auch bei Aspergillus oryzae. Das Labenzym der Hefe hat Kapp (5) näher bekannt gemacht. Angaben über das Labferment von Rhizopus nigricans bei Durand ard (6). Nach den vorliegenden Erfahrungen haben die proteolytischen Enzyme allgemein die Bedeutung körperfremde heterogene Eiweißstoffe der Nahrung zu zerstören und zu Materialien umzuwandeln, die zur Herstellung von körpereigenen Proteinstoffen tauglich sind (7). Sollte es sich herausstellen, daß die proteolytischen Enzyme auch bei der Eiweißsynthese tätig sind, so hätten wir in ihnen geradezu die Vermittler zur Herstellung des arteigeilen Eiweiß der Organismen zu erbUcken. Dabei ist zu berücksichtigen, daß, nach den Differenzen der Antienzyme zu schUeßen, die proteolytischen Enzyme selbst differente und arteigene Stoffe darstellen. Unerledigt ist noch die Frage- für den Eiweißstoffwechsel der Bacterien und Pilze, ob dargereichte Eiweißstoffe unbedingt bis zu Aminosäuren auf- gespalten werden müssen, bevor der Organismus daraus sein eigenes Eiweiß aufbaut, oder ob größere Komplexe, wie Polypeptide, Peptone oder selbst Albumosen in das arteigene Eiweiß übernommen werden können. Doch ist es unwahrscheinlich, daß größere Komplexe des Nahrungseiweiß m Körper- eiweiß direkt übergehen; einfacher zusammengesetzte Peptide könnten unter Umständen ohne Hydrolyse bei der Synthese Verwendung finden. Die Studien der Tierphysiologen, wie sie von 0. Loewi angebahnt, und besonders durch Abderhalden durchgeführt worden sind, führten zu der Überzeugung, daß der Eiweißbedarf höherer Tiere vollständig durch das Aminosäuren- gemisch aus abgebautem Eiweiß gedeckt werden kann (8). Es ist derzeit die wahrscheinlichste Ansicht, daß bei der Eiweißresorption der Bacterien und Pilze ganz analoge Verhältnisse vorliegen. Doch fehlen experimentelle Arbeiten auf dem Gebiete der Pilzphysiologie noch ganz, sowie es der Fest- 1) HuEPPE, Deutsche med. Woch.schr. (1884), Nr. 48. Duclaux, Compt. rend. (1891). Flügge, Ztsch. Hyg., j;, 572. Warington, Zentr. Bakt., 6, 648. H. W. Conn, Ebenda, 9, 663; 12, 223 (1892); 16, 916. Gorini, Kochs Jahresber. <1893), p. 290. Chem. Zentr. (1893), II, 457. Zentr. Bakt., II, 8, 137 (1902); 16, 236 (1906). A. C. Huysse, Chem. Zentr. (1894), II, 613. Kalischer, Arch. Hyg., J7, 30. A. LoEB, Zentr. Bakt., I, 32, 6 (1902). — 2) C. Gerber, Compt. rend., 149, 944 (1909). Soc. biol., 67, 612, 867 (1909); 68, 201, 382(1910). Labenzym in Polyporus squamosus: Buller, Ann. of Bot. (1906), p. 49. Coprinus: J. R Weir, Flora, joj, 270 (1911). — 3) H. Bruhne, Zopfs Bei tr., x, 26 (1894). — 4) K. Saito, Bot. Mag. Tokyo, 17, Nr. 201 (1903). — 5) R. Rapp, Zentr. Bakt., II, 9, 626 (1902). — 6) M. Durand ARD, Compt. rend., 158, 270 (1914). — 7) Vgl. hierzu: F. Hamburger, Arteigenheit und Assimilation. Leipzig u. Wien 1903. — 8) Zu- samenfassung bei K. Lüthje, Ergebn. d. Piiysiol., 7, 796(1908). E. Abderhalden, Synthese der Zellbausteine bei Pflanzen und Tieren. Berlin 1912. E. Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., 64, 168; 67, 406 (1910); 77, 22 (1912); 81, 323 (1912). 138 Vierund dreißigstes Kap. : Die Resorption v. Eiweißstoffen durch Bacterien u. Pilze. Stellung bedarf, inwieweit die Eiweißverwertung bei Darreichung arteigenen Eiweißes derjenigen überlegen ist, die bei Fütterung mit artfremdem pflanz- lichen und tierischem Eiweiß möghch ist. §2. Die Produkte der bacteriellen Eiweißzersetzung. Eiweißfäulnis. Schon in den älteren Arbeiten aus der umfangreichen Literatur (1) über die Produkte der bacteriellen Ei weiß Verarbeitung wurde mehrfach die Ähnlichkeit der hierbei entstehenden Stoffmischung mit der Zusammen- setzung tryptischer Verdauungsgemische hervorgehoben (Koukol-Yasno- POLSKI, Hoppe-Seyler, Kühne u. a. Forscher (2). In der Tat gehören Monaminosäuren, wie Leucin, Tyrosin, zu den häufigsten Produkten der bacteriellen Eiweißverarbeitung. Auch Albumosenbildung wurde wiederholt im Anfange des Prozesses konstatiert. Da nun Bacterien typische proteolytische und peptolytische Enzyme eigen sind, so darf berechtigterweise primär eine Aufspaltung der Eiweißsubstrate in Amino- säuren vorausgesetzt werden. Nach den Untersuchungen von Pick und Joachim (3) über die bacterielle Zersetzung von Blutserum scheint es, als ob nicht alle Proteinstoffe gleich schnell abgebaut würden, da die Euglobuhnfraktion am raschesten verschwand. Nach Nawiasky (4) sind auch Albumosen und Peptone von verschiedenen Bacterienformen nicht gleich ausnutzbar. Nun ist es gleichfalls eine alte und allgemein anzustellende Erfahrung, daß bei der Bacterienwirkung auf Proteine eine Reihe von Produkten auftritt, welche der tryptischen Verdauung sonst fehlen. Diese sind in erster Linie die Fäulnisgeruchstoffe, wie Indol und Scatol, Methylmercaptan, Schwefelwasserstoff, sodann Fettsäuren der Essigsäurereihe, endHch aromatische Säuren und Phenole. Man hat Grund anzunehmen, daß alle diese Stoffe sekundär aus den primär entstandenen Aminosäuren hervor- gehen, teilweise unmittelbar nach deren Abspaltung, und daß bei allen diesen Veränderungen enzymatische Wirkungen im Spiele sind. Für die genaue Verfolgung dieser Vorgänge ist es natürlich unerläßlich an Stelle der fäulnisfähigen tierischen Organe, welche durch ihren Gehalt an Fetten, Lecithinen, Kohlenhydraten eine Zurückführung vieler Fäulnisprodukte auf die Eiweißstoffe vielfach sehr erschweren, reine Eiweißpräparate zu verwenden und auch Versuche mit reinen Aminosäuren vorzunehmen, um sicherzustellen, welchen Umsetzungen jede einzelne von diesen unter- liegt. Daß man außerdem Reinkulturen bestimmter Mikroben anzuwenden hat, ist eine selbstverständliche Forderung der exakten Methodik. Bei der Fleischfäulnis sind Bac. putrificus und proteus vulgaris entschieden die wichtigsten Formen (5). Über die Schnelhgkeit des Vor- ganges gibt es eine Vorstellung,' daß nach Bordas (6) 620 g Tierleichenteile 1) Vgl. CoHNHEiM, Eiweii Stoffe, 3. Aufl. In historischer Hinsicht: Senebier. Physiol. v6g6t., 5, 22. M. Hahn u. A. Spieckermann, Lafars Handb. techn. Mykol., 3, 85 (1904). G. Salus, Arch. Hyg., 51, 97 (1904). A. Ellinger, Ergebn. d. Physiol., 6, 29 (1907). P. Hirsch, Die Einwirkung von Mikroorganismen auf die Eiweißkörper. Berlin 1918. (Aus „Die Biochemie in Einzeldarstellung", Bornträgers Verlag.) — 2) Koukol-Yasnopolski, Pflüg. Arch., 12, 78 (1876). F. Hoppe-Seyler, Ztsch. physiol. Chem., i, 128 (1877). W. Kühne, Ztsch. Biol., 29, 1 (1892). — 3) E. P. Pick u. J. Joachim, Wien. klin. Woch.schr. (1903), Nr. 50. — 4) Nawi- asky, Arch. Hyg., 6.^, 33(1908). — 5) Vgl. A. Kossowicz, Wien, tierärztl. Mon.schr., 3. 225 (1916). Ztsch. Fleisch- u. Milch.hyg., 27, Heft 4 (1916). — 6) F. Bordas u. S. Bru^ire, Compt. rend., 161, 34 (1915). § 2. Die Produkte dei> bakteriellen Eiweißzersetzung, Eiweißfäulnis. 139 bei der Temperatur des künstlichen Düngers binnen 15—18 Tagen voll- ständig verflüssigt werden. Soviel man sehen kann, stellen sich die charakteristischen chemischen Umsetzungen der Eiweißfäulnis am reichlichsten im anaeroben Leben ein (1), was auch für die Entwicklung der Fäulnisvorgänge im Darm gilt (2). Vielleicht sind aber auch die fleischbewohnenden aeroben Leuchtbacterien in gewissem Sinne den typischen Fäulnisorganismen ernährungsphysio- logisch nahestehende Mikroben (3). Durch Zuckerzusatz kann man regel- mäßig die Bildung der typischen Fäulnisprodukte verzögern (4), Be- züglich der allgemeinen physikochemischen Veränderungen, die in Faul- flüssigkeiten stattfinden, hat Polimanti (5) Untersuchungen angestellt. Wenn auch in bezug auf viele chemische Vorgänge bei der Eiweiß- fäulnis angesichts der bedeutenden Lücken in der experimentellen Be- arbeitung Zurückhaltung in der Beurteilung am Platze ist, so läßt sich doch sagen, daß zahlreiche Prozesse, die zur Bildung der endgültigen Fäulnisprodukte führen, sich in die Kategorien der Hydrolyse, Ammoniak- abspaltung, Kohlensäureabspaltung, Oxydations- und Keduktionsvorgänge bringen lassen, und daß viele dieser Umsetzungen enzymatischer Natur sind. Die enzymologische Technik ist jedoch auf dem Gebiete der Eiweiß- fäulnis noch wenig ausgebildet. Ammoniakbildung aus Eiweiß ist ein allgemeiner und sehr wichtiger Prozeß der bacteriellen Eiweißzersetzung. Nach Berthelot und Andre (6) kann die Ammoniakentwicklung bis zu ^/^ des ursprüng- lichen Eiweiß- N betragen. Marchal (7), dem wir eingehende vergleichende Untersuchungen über bacterielle N Hg- Abspaltung aus Eiweiß verdanken, fand Bac. mycoides besonders wirksam, der bis 46% Eiweiß-N in Ammo- niak umwandelt. Lipman und Burgess(8) fanden bei der Prüfung- von Reinkulturen die Ammonisation durch Bac. tumescens am intensivsten. Wii'ksam sind u. a. Bac. fluorescens liquefaciens, mesentericus vulgatus und subtilis. Meist erscheinen 20—30% des Eiweiß-N als freies NHg wieder. Die Schnelligkeit der Ammonisation ist bei den einzelnen Proteinen ver- schieden (Robinson und Tartar) (9); bei Casein ist der Prozeß in wenigen Tagen beendet, während Gliadin noch nach einem Monat. NHg abspaltet. Für die biologisch so bedeutungsvolle Überführung des organischen Stick- stoffes imBoden (1 0) in Ammoniak kommen besonders auch die Actinomyceten- formen in Betracht. Streptothrix chromogenes und alba, die häufigsten Actinomycetenformen in Erde, sind bei Darreichung von Blutmehl oder Pepton kräftige Ammonisatoren (11); das gleiche gilt für Actinomyces odorifer 1) Vgl. L. F. Rettger, Journ. biol. Chem., 2, 71 (1906); 4, 45 (1908); /j, 341 (1912). — 2) Vgl. E. Metchnikoff, Corapt. rend., 147, 579 (1908). C. A. Herter, Journ. biol. Chem., 2, 1 (1907); A. Kroch, Ztsch. physiol. Chem., 50, 289 (1906). — 3) F. Fuhrmann, Die Naturwissenschaften, 2, 232 (1914). —4) H. Kühl, Ztsch. öffentl. Chem., 19, 103 (1913). — 5) 0. Polimanti, Biochem. Ztsch., 11, 260 (1908). — 6) Berthelot u. Andre, Compt. rend., 114, 514 (1892). Ann. Chim. et Phvs., (6), 27, 165. — 7) E. Marchal, Zentr. Bakt., II, i, 753 (1896). Reo. Inst. bot. Bruxelles, 2, 61 (1906); ferner Gautier u. Etard, Compt. rend., 97, 263, 325(1883). A. Maassen, Arb. Kaiserl. Ges.amt, 15, 500 (1899). Emmerling u. Reiser, Ber. chem. Ges., 35, 700 (1902). Stoklasa, Hof meist. Beitr., 3, 322 (1902). — 8) Lip- man u. BuRGESS, Univ. of Californ. Publ. Agr. Sei., i, 127 u. 141 (1914). — 9) Robinson u. Tartar, Journ. Biol. Chem., 30, 135 (1917). — 10) Hierzu: Löhnis u. Green, Zentr. Bakt., II, 37, 534 (1913); 40, 457 (1914); Beckwith u. Vass, Ebenda, 42, 69 (1914); Sackett, Bull. Colorado Agr. Coli. 1912, p". 1; Chardet, Rev. g6n. Chim. pure et appl., 17, 137 (1914); Cunningham, Zentr. Bakt., 42, 8 (1914). K. Schulz, Diss. Jena 1913. — 11) A. Fousek, Mitteil. d. Hochschule f. Bodenkult. Wien (1912), I, 217. E. Mace, Compt. rend., 14, 147 (1905). 140 Vierunddreißigstes Kap. : Die Resorption v. Eiweißstoffen durch Bacterien u. Pilze. und andere Formen, die nach Munter (1 ) nicht den typischen Fäulnismikroben beizuzählen sind. Nach Kendall (2) sind verschiedene Substrateinflüsse bei der Ammoniakbildung im Spiele, so daß man nicht darauf rechnen kann in allen Fällen durch Konzentrationssteigerung der Nähreiweißlösung auch die Ammoniakbildung zu erhöhen. Wichtig sind die Erfahrungen von Lip- MAN (3) über den antagonistischen Einfluß von ein- und zweiwertigen Kationen auf die Ammoniakbildung durch subtiüs, die ganz den sonst ge- fundenen lonenantagonismen entsprechen. Es besteht eine antagonistische Wirkung von Ca und K ; die Hemmung durch Ca oder Mg ist bedeutend stärker als jene durch K oder Na. Der sog. Kalkfaktor Ca/Mg scheint nicht von Belang zu sein (4). Von den Anionen war der Antagonismus zwischen SO4 und CO3 am bedeutendsten. Daß diese Verhältnisse für die Beurteilung der Umsetzungen im Boden von Bedeutung sind, ist zweifellos. Nach Greaves (5) kann man durch kleine Arsengaben die Ammonisation im Boden stimulieren. Cu, Zn, Fe und Pb-Salze scheinen auf die Ammonisation keinen stimulierenden Einfluß zu haben (6). Allgemein wurde beobachtet, daß der Zuckergehalt des Substrates die Ammoniakbildung aus Eiweiß erheblich hemmend beeinflußt. Bei Bac. alcaligenes geht nach Boehnke (7) die Hemmung so weit, daß schon 1 % Zuckerzusatz die NH 3- Produktion auf ^ vermindert. Dies kann nur so erklärt werden, daß die Bacterien N-freie Spaltstücke des Eiweiß bei der Synthese des Zuckers aus Fettsäuren brauchen, und daß daher ein erheb- licher Teil des abgespaltenen NH3 Monamino-N sein muß, womit auch die große Menge des produzierten NH3 übereinstimmt. Da außerdem der Amid-N des Eiweiß abgespalten wird, so bestehen für das entwickelte NH3 zunächst zwei Quellen: die Amidogruppen und die Monaminosäuren. Für die Abspaltung des Amid-N kommen fraglos die anderwärts nachgewiesenen Desamidasen als wirksame Fermente in Betracht (8). Für Bac. pyocyaneus haben bereits Arnaud und Charrin (9) die Zerlegung von Asparagin in NH3 und Aminobernsteinsäure gezeigt, und die fermentative Natur dieses Vorganges in Betracht gezogen. Wie Takeuchi und Inouye (1 0) für die Desamidase aus Seidenraupen gezeigt haben, wirken diese Enzyme auf Monaminosäuren kaum ein, so daß die Abspaltung des Monamino-N auf andere Weise geschehen muß. Gewisse Anhaltspunkte dafür, daß auch da enzymatische Spaltungen anzunehmen sind, haben Erfahrungen von Berghaus (11) über NH 3- Entwicklung durch abgetötete Bacterien ge- liefert, doch sind die Kenntnisse über solche Vorgänge äußerst dürftig. Jedenfalls bleibt es meist nicht bei der Bildung von Ammoniak unter ein- 1) F. Munter, Zentr. Bakt., II, 39, ö61 (1914). — 2) A. J. Kendall, Day u. Walker, Jouin. Med. Res., 28, 465 (1913). Joum. Infect, Diseas., 13, 426 (1913). — 3) C. B. LiPMAN, Botan. Gaz., 48, 106 (1909): Zentr. Bakt., II, 32, 68 (1911); 36, 382 (1913); 42, 67 (1914). — 4) W. P. Kelley, Zentr. Bakt., 42, 619 (1914). — 5) J. E. Greaves, Ebenda, 39, 642 (1913). Biochem. Bull., 3, 2 (1913). — Über die Ammonisation im Boden vgl. noch Stevens, Withers, Temple u. Syme, Zentr. Bakt., II, 23, 776 (1909). J. G. Lipman, Brown u. Owen, Ebenda, 50, 166 (1911); 31, 49 (1911). W. G. Saokett, Ebenda, 40, 168 (1914). — 6) Lipman u. BuRGESs, Univ. Californ. Publ. Agr. Sei. i, 127 u. 141 (1914) — 7) K. E. Boehnke, Ztsch. Hyg., 74, 81 (1912). Aubel u. Colin, Compt. rend. Soc. Biol., 76, 836 (1914). Waksman, Journ. Amer. Chem. Soc. 39, 1603 (1917). —8) Für Pankreas: Stadelmann, ^tsch. Biol., 24, 261. Leber: Jacob y, Ztsch. physiol. Chem., 30, 149 (1900). Auch M. Gonnermann, Pflüg. Arch., «9,493 (1902); 103, 225, 256 (1904). R. 0. Herzog, Ztsch. physiol. Chem., 37, 391 (1902). Kritik bei K. Schweizer, Biochem. Ztsch., 78, 37 (1916). Diss. Genf 1916. — 9) A. Arnaud u. A. Charrin, Compt. rend., J12, 765,,1167 (1891). 0. Semal, Kochs Jahresber., 9, 206 (1898). — 10) J. Takeuchi u. R. Inouye, Journ. Coli. Agr. Tokyo, i, 16 (1909). Fliegenlarven: E. Weinland, Ztsch. Biol., ^7, 232 (1906). — 11) Berghaus, Arch. Hyg., 64, 1 (1908). § 2. Die Produkte der bacteriellen Eiweißzersetzung. Eiweißfäulnis. 141 facher Desamidierung, so daß Oxysäuren entstehen, sondern der Prozeß geht unter Reduktion weiter bis zu den entsprechenden Fettsäuren der Essigsäurereihe. So entstehen Essigsäure, Propionsäure, Isovaleriansäure, Isocapronsäure. Bei der Spaltung von Valin und Isoleucin in reinem Zu- stande wurden von Neuberg (1 ) in der Tat die entsprechenden optisch aktiven Fettsäuren durch Fäulnisbacterien erhalten. Es ist möglich, wie Neuberg (2) meint, daß diese optisch aktiven Fettsäuren bis zu Kohlen- wasserstoffen in anaerober Fäulnis reduziert werden, und daß dieselben bei den Veränderungen in Tierresten schließlich zur Bildung der im Petroleum vorkommenden optisch aktiven Stoffe Anlaß geben. Andererseits wird aller- dings daran gedacht, daß das Erdöl die optische Aktivität den Phytosterinen und tierischen Cholesterinen verdankt (3). Bei den zweibasischen Amino- säuren: Asparaginsäure und Glutaminsäure, tritt außer der erwähnten reduktiven Desamidierung noch Kohlensäureabspaltung ein, so daß aus Asparaginsäure nicht allein Bernsteinsäure, sondern auch Propionsäure regelmäßig hervorgeht (4), aus Glutaminsäure in analoger Weise Glutar- säure und n- Buttersäure (5). Bei der Spaltung von Glucosamin wurde Propionsäure und d-Milchsäure gefunden (6), so daß man eine Zerlegung in zwei dreigliedrige C- Ketten annehmen muß; doch ist dieser Abbau noch wenig bekannt. Die von Effront(7) für Buttersäüregärungsbacterien, sowie Bac. bulgaricus gewonnenen Ergebnisse, jene von Nawiasky (8) für Proteus vulgaris, und andere Literaturangaben lassen sich durch diese Grundsätze gut verständhch machen (9). Nicht ausgeschlossen ist es, daß manche aus Eiweiß hervorgegangenen Aminosäuren selbst eine hydrolytische Wirkung auf Alkohol fettsäur eester haben (10). An der Säurebildung im Substrate, vor allem im Boden, dürften die Eiweißzersetzungsprozesse einen viel geringeren Anteil haben als die Kohlen- hydratverarbeitung (11). Unklar ist bezüglich der Entstehung die von Breaudat für einen Bac. violarius acetonicus angegebene Bildung von Aceton auf Peptonnährböden, gegen deren Natur als Eiweißspaltungsvorgang der Umstand spricht, daß Zucker diese Acetonbildung fördert (12). Schließ- 1) C. Neubehg, Biochem. Ztsch., 7, 178 (1907); 18, 435 (1909); 37, 501 (1911). — 2) C. Neuberg, Ebenda, j, 368 (1906); 7, 199 (1907). Auch die Bildung von Methylalkohol wurde auf GlykokoU zurückgeführt: Hart u. Lamb, Journ. Amer. Chem. Soc, j6, 2114 (1914). — 3) A. A. Rakusin, Chem.-Ztg., 30, 1041 (1906). G. Kraemer, Ebenda, 31, 675 (1907). C. Engler, Ztsch. angew. Chem., 21, 1586 (1908); 25, 153 (1912). A. Künkler, Seifensiederztg., 37, 291 (1910). C. Engler, Petroleum, 7, 399 (1912), — 4) C. Neuberg, Archiv, di Fisiol., 7, 87 (1910); Biochem. Ztsch., 18, 424 (1909). W. Brasch, Ebenda, 22, 403 (1909); L. BoRCHARDT, Ztsch. physiol. Chem., 5g, 96 (1909); T. Carlson, Meddel. Vet.skap. Nobel-Inst., 2, 1 (1912). Desamidierung von Asparagin: BLANCHETifeRE, Ann. Inst. Pasteur, 31, 291 (1917); Compt. rend., 163, 206 (1916). — 5) W. Brasch u. C. Neu- berg, Biochem. Ztsch., 13, 299 (1908); Brasch, Ebenda, 18, 380 (1909). Neuberg, Ebenda, p. 431 (1909); L. Borchardt, J. c. Abderhalden u. Kautzsoh, Ztsch. physiol. Chem., 81, 294 (1912). — 6) E. Abderhalden u. A. Todor, Ztsch. physiol. Chem., 87, 214 (1913). K. Meyer, Biochem. Ztsch., 57, 297 (1913). — 7) J. Eff- ront, Compt. rend., 148, 238 (1909); 151, 1007 (1910). — 8) P. Nawiasky, Arch. Hyg., 46, 209 (1908). — 9) Vgl. auch A. Horowitz-Vlassova, Arch. Sei. Biol., 15, 40 u. 428 (1911). F. Blumenthal, Virch. Arch., 137, 539. Nencki, Monatsh. Chem., 10, 506 (1889). Iwanow, Ann. Inst. Pasteur, 6, 131 (1892). H. Salkowski, Ber. chem. Ges., 16, 1191; Gabriel u. Aschan, Ebenda, 24, 1364 (1891). 0. Emmer- LiNG, Ebenda, 29, 2721 (1896); 30, 1863 (1897). J. Stolniko*-f, Ztsch. physiol. Chem., I, 345 (1877). Wurtz, Ann. Chim. etPhys., (3), ii, 253 (1844). Allgemeines bei 0. Neubauer in Abderhaldens Biochem. Handlex., 4, 360 (1911). — 10) Vgl. K. Geo, Falk u. J. M. Nelson, Journ. Am. Chem. Soc, 34, 828 (1912). — 11) Vgl. R. Emmerich, Graf zu Leiningen u. 0. Loew, Zentr. Bakt., II, 29, 668 (1911). Gorini, Ebenda, 16, 236 (1905). — 12) L. Breaudat, Compt. rend., 142, 1280 (1906). Ann. Pasteur, 20, 874 (1906). 142 Vierunddreißigstes Kap. : Die Resorption v. Eiweißstoffen durch Bacterien u. Pilze. lieh wäre auf die Leichenwachsbildung (Adipocire) hinzuweisen, für die der Zusammenhang mit Fetten oder Eiweiß durchaus fraglich ist (1). Sehr interessant ist die von Emerson (2) entdeckte Tatsache, daß Bac. pyocyaneus (besonders bei saurer Reaktion) Eiweiß unter Bildung von Blausäure verarbeitet. Näheres über diese Vorgänge ist nicht sichergestellt. Daß bei Eiweißfäulnis Entbindung von freiem Stickstoff eintritt, ist bis zur neuesten Zeit immer wieder behauptet w^orden (3), doch hat Krogh (4) für die Darmfäulnis in einer kritischen Arbeit die Unwahr- scheinlichkeit dieser Annahme gezeigt. Für den Nachweis von Ammoniak in sehr geringen Mengen kommt noch immer in erster Linie die NESSLERsche Probe in Betracht (5). Nach Trillat und Turchet (6) lassen sich Spuren von Ammoniak scharf durch den schwarzen Niederschlag von Jodstickstoff nachweisen, der bei Versetzen mit Kaliumjodid und Alkalihypochlorit entsteht. Eine weitere Reaktion ist die mit Phenol und NaOCl eintretende Blaufärbung (7). Besondere Beachtung verdienen die phenylierteh Monaminosäuren wegen des Schicksales der Phenylgruppen. Wie Baumann (8) gezeigt hat, verdanken die bei Eiweißfäulnis auftretenden verschiedenen aromatischen Säuren und Phenole ihren Ursprung vor allem dem Tyrosin- kern des Eiweiß. So wie Alanin durch reduktive Desamidierung in Propion- säure übergeht, so liefert Tyrosin p-Oxyphenylpropionsäure oder p-Hydro- cumarsäure 4,-(0H) • C6H4 • CHg • GHg • COOH. Ganz entsprechend ergibt Phenylalanin die Phenylpropionsäure (9). Eine weitere aromatische Säure, die bei der Fäulnis offenbar dem Tyrosin entstammen muß, ist die von Baumann nachgewiesene p-Oxyphenylessigsäure. Ihre Entstehung kann man so deuten, daß zunächst aus der p-Oxyphenylpropionsäure unter CO 2" Abspaltung p-Oxyäthylphenol hervorgeht, und dieses durch Oxydation die p-Oxyphenylessigsäure liefert: 4,-(OH).CeH4 . CH2 • CHa-GOOK gibt GO2 und 4,-(0H) • GeH^-GHa-CHg, welches allerdings als Fäulnisprodukt noch nicht nachgewiesen worden ist; 4,-(0H) . GeH4 • G2H5 + 30 gibt 4,-(0H) • GßH^ • CHg • COOH + HgO. Aus der letzteren entsteht durch GO 2- Abspaltung p-Kresol: 4,-(0H) . GßH^ . GH2 . GOOH = GO2 + 4,-(0H) • GßH^ • GH3. Um endlich zu dem gleichfalls als Fäulnisprodukt auftretenden Phenol zu gelangen, haben Baumann und Nencki angenommen, daß zunächst p-Oxybenzoesäure entsteht, welche zu Phenol und HgO zerfällt. Gegen diese Vorstellung spricht der Umstand, daß p-Oxybenzoesäure bisher als Fäulnisprodukt nicht bekannt ist. Den Nachweis der Phenylpropion- säure und Phenylessigsäure, die sich vom Phenylalanin ableiten, erbrachte Salkowski (10). Daß das Phenolgemisch bei Eiweißfäulnis besonders aus 1) A. Cevidalli, Viertelj.schr. gerichtl. Med., 32, 219 (1906). — 2) H. W. Emerson, Cady u. Bailey, Journ. biol. Chem., 15, 415 (1913). B. J. Clawson u. C. YouNG, Ebenda, 419. — 3) Ehrenberg, Zentr. Bakt., 15, 154 (1905). — 4) A. Krogh, Ztsch. physiol. Chem., 50, 289 (1906). — 5) Hierzu: Fr. Tetzel, Pharm. Ztg., 54. 068 (1909). Rose u. Coleman. Biochem. Bull., 3, 407 (1914); Graves, Journ. Amer. Chem. Soc, 37, 1171 (1915); E. Bernard, Landw. Vers.stat., 86, 331 (1915). — 6) Trillat u. Turchet, Bull. Soc. Chim., 33, 304(1905). — 7) P. Thomas, Ebenda, 11. 796 (1912). Zur quantitativen Bestimmung: R. 0. E. Davis, Journ. Amer. Chem. Soc, jz, 656 (1909). — 8) Baumann, Ber. chem. Ges., 12, 1450 (1879). — Synthese der p-Oxyphenylaminoessigsäure : J. Aloy u. Ch. Rabant, Bull. Soc. Chim. (4), 7, 516 (1910). Synthese von Phenylfettsäuren : F. Mauthner, Lieb. Ann., 370, 368 (1909). — 9) Selitrenny, Monatsh. Chem., 10, 908 (1889). Zur Stereochemie des bacteriellen Tyrosinabbaues: Sasaki u. Ichiro, Journ., Biol. Chem.. 32, 533. — 10) E. u. H. Salkowski, Ber. chem. Ges., 12, 648 (1879). Ztsch. physiol. Chem., 9, 491. Nencki, 1. c. Kerry, Monatsh. Chem., xo, 864. § 2. Die Produkte der bacteriellen Eiweißzersetzung. Eiweißfäulais. 143 p-Kresol und etwas F4ienol besteht, zeigten Baumann und Brieger(I). Nach Berthelot (2) zeichnet sich der Bac. phenologones, aus Darminhalt gezüchtet, durch besonders reichliche Phenolbildung aus Tyrosin aus. Bac- terien verarbeiten Tyrosin auch als einzige Stickstoffqueile (3). Brasch (4) wies bei Bac. putrificus p-Oxyphenylpropionsäure als Stoffwechselprodukt nach. Pur eine Mikrobe aus der Pyocyaneusgruppe aus Stallmist zeigte Traetta-Mosca (5) die Entstehung von Hydrocumarsäure, Benzoesäure und Benzol aus Tyrosin. Auf die oxydative Weiterveränderung des des- amidierten Tyrosins soll hier nicht mehr eingegangen werden. Dies ist das Gebiet der Tyrosinasewirkung. Beijerinck (6) nimmt übrigens an, daß es sich bei Bacterien um die Wirkung zweier Enzyme handelt: um die Bildung von Homogentisinsäure als Chromogen, dann um die Entstehung der dunklen Pigmente daraus. Tyrosin und Phenylalanin sind weiter das erste Beispiel dafür, wie aus Aminosäuren ohne Abspaltung des NHg durch CO g- Abspaltung Basen in der Fäulnis entstehen (7). Tyrosin liefert auf diese Art p-Oxyphenyl- äthylamin 4,-(0H) . C6H4 • CHg • CH2NH2 (8), während aus Phenylalanin analog Phenyläthylamin CßU^ • GHg • CH2NH2 hervorgeht, Berthelot (9) wies nach, daß bestimmte Darmbacterien in dieser Richtung auf Tyrosin wirksam sind. Außer diesem zur Gruppe des FRiEDLÄNDERschen Pneu- moniebacillus gehörenden Bac. aminophilus intestinalis ist Bac. coli nach Sasaki ebenso auf Tyrosin wirksam (10). Die gleiche Aminbildung betrifft nach allem auch die aliphatischen Aminosäuren, da man Methylamin, Isobutylamin und Isoamylamin bei der Fäulnis gefunden hat, die durch CO 2- Abspaltung aus GlykokoU bzw. Valin und Leucin entstehen können. Aus Serin wird durch Fäulnisbacterien Aminoäthylalkohol gebildet (11). Aus Glutaminsäure entsteht }'-Aminobutter- säure. Der Abbau des Tryptophans reiht sich völlig an jenen des Tyrosins an. Nachdem Baumann (12) erkannt hatte, daß die Indolbildung bei der Fäulnis mit den Tyrosingruppen nicht zusammenhängen kann, wies Sal- KOWSKI (1 3) nach, daß auch Scatolcarbonsäure bei Eiweißfäulnis vorzukommen pflegt. Nencki und Salkowski (14) zeigten, daß sich auch Scatolessigsäure unter.den Fäulnisprodukten findet. Damit fällt die vonHoPKiNS undCoLE(15) 1) Baumann u. Brieger, Ztsch. physiol. Chem,, j, 134 u. 149 (1879). Ber. ehem. Ges., 12, 705 u. 2166. Phenolbildung durch Coli: K. Dobrowolski, Ann. Inst. Pasteur, 24, 695 (1910). — 2) A. Berthelot, Compt. rend., 164, 196 (1917). — 3) Berthelot u. Bertrand, Soc. Biol., 71, 232 (1911). — 4) W. Brasch, Biochem. Ztsch., 22, 403 (1909). — 5) F. Traetta-Mosca, Gazz. chim. ital., 40, I, 86 (1910). — 6) Beijerinck, Akad. Amsterdam 1913, p. 923. — 7) Darstellung solcher Amine: G. Barger, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 8, 261 (1914). The simpler natural bases. London 1914 (Monographs of Biochem.) Zemplen u. Fuchs, Abderhaldens biochem. Handlex., 9, 201 (1915). J. Abelin, Naturwiss., 5, 186 (1917). Biolog. Nachweis durch die Wirkung auf glatte Muskulatur: Guggen- heim u. Löffler, Biochem. Ztsch., 72, 303 (1916). — 8) In Käse gefunden: F. Ehrlich u. Lange, Biochem. Ztsch., 63, 156 (1914). — 9) A. Berthelot u. Bertrand, Compt. rend., 154, 1826 (1912). Soc. biol., 71, 232 (1911). Bacterien aus Dorschleber: A. Gautier, Bull. Soc. Chim. (3), 35, 1195 (1906). — 10) T. Sasaki, Biochem. Ztsch., 59, 429(1914). — 11) F. Nord, Biochem. Ztsch., 95, 281 (1919). 12) Baumann, Ztsch. physiol. Chem., j, 60 (1877). Scatol: Nencki, Ebenda, 4, 371 (1880). Brieger, Ber. chem. Ges., 10, 1027 (1877). — 13) Salkowski, Ber. chem. Ges.,, 13, 2217 (1880). Ztsch. physiol. Chem., 5, 416; 9, 8 (1886). — 14) Nencki, Monatsh. Chem., 10, 606 (1889). Salkowski, Ztsch. physiol. Chem., 27, 302 (1899). — 15) F. G. Hopkins u. S. VV. Cole, Journ. of Physiol., 29, 451 (1903). 144 Vierunddreißigstes Kap. : Die Resorption v. Eiweißstoffen durch Bacterien u. Pilze. konstatierte Indolpropionsäure zusammen, und so haben wir alle Stufen des Tryptophanabbaues beisammen : Tryptophan: COOH • CHNH^ • CHg • C^^jJJ*^NH Indolpropionsäure: COOH • CH2 • CHg • G<^^^«J|«);NH Indolessigsäure: COOH • CHj • C^^^||*)>NH (Scatolcarbonsäure) Scatol oder^-Methylindol: CH3. C^^^«|J*^NH Indol: HC^^^«JJ*)>NH Die Bildung eines Amins aus Tryptophan durch CO 2- Abspaltung kennt man nicht. Daß das aus dem Eiweiß gebildete Tryptophan eine Vorstufe der Indolbildung darstellt, wurde im Sinne einer von Nencki geäußerten Vermutung (1889) durch Ellinger und Gentzen 1903 (1) außer Zweifel gestellt. Da man nicht allgemein in Bacterienkulturen die Tryptophan- reaction erhält (2), so dürfte die Weiterverarbeitung oft sehr rasch geschehen. Ein Zusammenhang mit Chinolinderivaten im Stoffwechsel, wie er sich anderenorts ergeben hat, kennt man von der bacteriellen Tryptophanver- arbeitung nicht (3). Indol, weniger Scatol, ist das häufigste Produkt des Tryptophans bei der bacteriellen Eiweißfäulnis. Selter (4) fand als beste Bedingung für die reichhche Indolbildung Darreichung einer 10%igen Peptonlösung mit Zusatz von 0,5 Na2HP04 und 0,1 MgS04. Ein Verzeichnis zahlreicher Indol bildender Bacterien findet man bei Lewandowski (5); erwähnt sei die Indolbildung durch Choleravibrionen (6), Tetanusbacillus (7), Bac. pyocyaneus (8), bei Darmbacterien (9), besonders durch Bac. coh (10), und durch Proteus vulgaris (11). Von Proteus kennt man aber eine nicht Indol bildende Rasse, Bact. anindologenes (12). Actinomyceten bilden kein Indol (13). Zuckergegenwart, besonders Dextrose, pflegt die Indolbildung aus- gesprochen zu hemmen, in Übereinstimmung mit anderen Erfahrungen über den bacteriellen Eiweißzerfall (14). Nur dann fehlt dieser hemmende Einfluß, wenn die betreffenden Bacterien den dargereichten Zucker nicht anzugreifen vermögen. Bei Darreichung von Pepton ist übrigens nicht zu vergessen, daß die Indolmenge einerseits vom Verbrauch und NichtVerbrauch des Tryptophans abhängen muß; je weniger Pepton zur Verfügung steht, desto mehr Tryptophan fällt relativ der Indolbildung anheim. Auch Indol 1) Elltnger u. Gentzen, Hofmeist. Beitr., 4, 171 (1903). — 2) Vgl. L. Banspach, Diss. Stuttgart 1912. — 3) Überführung von Tetrahydrochinolin in Scatol : M. Padoa u. ScAGLiARiNi, Atti Acc. Liuc. Rom. (ö), 17, I, 728. — 4) Selter, Zentr. Bakt., I, 51, 465 (1909). Auch J. Mendel, Ebenda, II, 29, 290 (1911). — 5) A. Lewan- dowski, Deutsche med. Woch.schr. (1890), p. 1186. — 6) Hierzu: L. Mazzetti, Zentr. Bakt., 1, 68, 129 (1913). Baumgarten u. Nothmann, Mediz. Feldbl. d. X. Armee 1916, Nr. 4. — 7) Kitas ato u. Weyl, Ztsch. Hyg., 8, 404 (1890). — 8) M. Jakowski, Ebenda, 15, 474 (1893). — 9) Zumft, Kochs Jahresber. (1892), p. 238; A. Berthelot u. M. Bertrand, Soc. Biol., 71, 232 (1911). — 10) F. Rettger, Biochem. Zentr. (1903), Ref. 466. — 11) F. Kuhn, Arch. Hyg., 13, 40 (1891). Berthelot, Compt. rend., 156, 641 (1913). — 12) J. van Loghem, Fol. microbiol., j, H. 3 (1915). — 13) Vgl. E. Mace, Compt. rend., 141, 147 (1905). — 14) Vgl. Hirschler, Ztsch. physiol. Chem., 10, 306 (1886). K. Gorini, Zentr. Bakt., 73, 790 (1893). S. Simnitzki, Ztsch. physiol. Chem., 39, 99 (1903). W. C. de Graaff, Zentr. Bakt., I, 49, IIb (1909). A. Distaso, Soc. Biol., 75, 200 (1913). A. Fischer, Biochem. Ztsch., 70, 105 (1915). § 2. Die Produkte der bacteriellen Eiweißzersetzung. Eiweißfäulnis. 145 selbst wird von manchen Bacterien weiter verarbeitet (1). Dem Sauer- stoffzutritt kommt für die Indolbildung kein allgemeiner Einfluß zu, wenn auch in manchen Fällen Unterschiede bei Sauerstoffabschluß und Zutritt zu erkennen waren (2). Die einzelnen Eiweißkörper bilden, wie zu erwarten, ungleich viel Indol. Fibrin liefert sehr viel Indol. Casein spaltet Proteosen ab, die mehr Indol liefern als der zurückbleibende Spaltungsanteil (3). Die Untersuchung der bacteriellen Stoffwechselprodukte auf Indol hat aus manchen Gründen viel Interesse erweckt. Man gewinnt Indol und Scatol aus dem angesäuerten Fäulnisgemisch durch Ausschütteln mit Äther. Salkowski erhielt so 1,7—3,2 pro Mille Ausbeute. Indol und Scatol lassen sich nach Baeyer (4) durch Destillation der Pikrate mit Natronlauge trennen. Indol, Scatol und die Carbonsäuren geben mit salpetriger Säure die BAEYERsche Indolreaktion: Rotfärbung, eventuell Fällung. Nament- lich in Kombination mit Chloroformausschüttelung wird diese Probe sehr empfindlich. Die Cholerarotreaktion von Brieger (5) ist mit der Indol- probe identisch, nachdem viele Bacterien, darunter der Choleraerreger, gleichzeitig Indol und Nitrit bilden. Indol gibt sodann die LEGALsche Probe: Violettfärbung mit Nitroprussidnatrium mit etwas NaOH. Für den Nachweis in Bacterienkulturflüssigkeit ist vor allem die Rotfärbung mit dem Ehr- LlCHschen Reagens und HCl geeignet. Eine 2%ige alkoholische Lösung von p-Dimethylaminobenzaldehyd wird etwa zu ^4 Volumen der Probe zu- gefügt und sodann langsam 25% HCl zugesetzt. Diese Probe gestattet auch colorimetrische Anwendung (6). Besser ist es, die Probe mit der Kultur- flüssigkeit nicht direkt anzustellen, sondern den Ätherextrakt der Kultur- flüssigkeit zu prüfen. An Stelle des EHRLiCHschen Aldehyds kann man auch andere Aldehyde zu Farbenreaktionen auf Indol verwenden, so Glyoxyl- säure (7),«Yanillin (8). Nach Sasaki (9) soll Scatol bei der Schichtprobe mit Schwefelsäure und Methylalkohol eine violette Reaktion zeigen, welche Indol und Trypto- phan nicht geben. Scatol wird in Bouillonkulturen nach Herter und Foster (1 0) nur durch wenige Bacterien erzeugt. Im Gegensatze zum Benzolring ist der Pyrrolidinring in Prolin bei der bacteriellen Eiweißverarbeitung leicht aufspaltbar, und so gibt Prolin zu- nächst 5-Aminovaleriansäure, aus der durch reduktive Desamidierung weiter n-Valeriansäure entsteht (11). HgCi CH^ Uf. jCHa COOK Hacl I COOH Hgcl I COOH \ CHg CHg NHä 1) Vgl. Herzfeld u. Klinger, Zentr. Bakt., I, 76, 1 (1916). — 2) Vgl. Bien- STOCK, Arch. Hyg., 39, 390 (1900). Ann. Inst. Pasteur, 13, 854 (1899). — 3) Vgl. MoRACZEWSKi, Biochem. Ztsch., 70, 37 (1915). — 4) Baeyer, Ber. ehem. Ges., 13. 2339. Zur Indolreaktion auch Lunkewicz, Zentr. Bakt., 16, 945 (1894). — 5) Brieger, Berlin, klin. Woch.schr. (1888), Nr. 44. — 6) Vgl. E. Crossonini, Arch. Hyg., 72, 160 (1910). A. SicRE, Soc. Biol., 67, 76 (1909); Ch. Porchet u. L. Panisset. Ebenda, 68, 653 (1910); G. Haenen, Arch. internat. Pharmakodyn., 15, 255 (1906). — 7) H. D. Dakin, Journ. biol. Chem., 2, 289 (1907). E. Granström, Hof meist. Beitr., 11, 132 (1907). Damit wird wohl auch die von Morelli, Gazz. med. ital, 60, No. 14 er\5ähnte Probe mit Oxalsäure zusammenfallen. Vgl. auch Thöni u. Geilinger, Mitt. Leb.mitt.unt. u. Hyg., 8, 65 (1917). — 8) G. Buard, Soc. Biol.. 65, 158 (1908). Zum Indolnachweis auch H. Molisch. Mikrochem. d. Pfl. Jena 1913, p. 214. — 9) T. Sasaki, Biochem. Ztsch., 23, 402 (1910). — 10) C. A. Herter u. M. L. Foster, Journ. biol. Chem., 2, 267 (1907). — 11) D. Ackermann, Ztsch. Biol., 57, 104 (1911). C. Neuberg, Biochem. Ztsch., 37, 490 (1911). Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 10 H2C CH2 H„C NH -j 46 Vierunddreißigstes Kap. : Die Resorption v. Eiweißetoffen durch Bacterien u. Pilze. Die Diaminosäuren des Eiweiß sind von besonderer Wichtigkeit für die Entstehung der sogenannten Fäulnisbasen. Bemerkenswerterweise findet wenigstens bei Lysin keine weitere Veränderung statt als CO g- Ab- spaltung, wodurch das Cadaverin oder Pentamethylendiamin NHg'GHa- CHa • CH2 • CH2 • CHg • NH2 hervorgeht, dessen Konstitution Laden- burg (1 ) festgestellt hat. Ellinger (2) zeigte die Entstehung dieser Base durch CO 2" Abspaltung aus der a, e-Diaminocapronsäure oder Lysin. Yoshi- MURA isolierte die Base auch aus faulender Soja (3). Bei der Fäulnis des lysinfreien Gliadins fehlt das Pentamethylendiamin (4). Nach Acker- mann (5) soll die Spaltung reinen Lysins durch Bacterien nicht in dem Maße erfolgen, wie in Gemischen der Eiweißhydratationsprodukte. Möglicherweise stehen noch andere Fäulnisbasen zum Lysin in Beziehung. Ackermann (6) vermutet, daß das von Brieger (7) beschriebene Mydatoxin CgHiaNOg mit der e-Aminocapronsäure identisch ist. Bezüglich des Mydin CgHuNO, Saprin C6H14N2, dem Sardinin (8) sowie des von Ackermann (9) ange- gebenen Marcitin CgHigNg und Putrin CnH2eN203 läßt sich, wie bezüglich anderer sonst beschriebener Fäulnisbasen, noch nichts über die Herkunft sagen. Überdies scheint die Entstehung mancher derartiger Stoffe, wie des Sepsins, auf bestimmte Organismen beschränkt zu sein (1 0), so daß eine ein- fache Entstehung solcher Stoffe aus Eiweiß nicht recht wahrscheinlich ist. Hinsichtlich der CO2- Abspaltung bei der bacteriellen Eiweißzersetzung sei bemerkt, daß nachNENCKi und Sieber (11) nicht weniger als 97% aller entwickelten Gase COg ist. Emmerling (12) fand bei der Fäulnis von Weizen- kleber durch Proteus vulgaris 46% CO2 in dem entwickelten Gasgemisch. Das Arginin läßt, vermöge seines Aufbaues, eine Reihe interessanter Spaltungen bei der bacteriellen Verarbeitung erwarten. Zunächst hat man die Bildung von Harnstoff und Ornithin oder a, ^-Diaminovaleriansäure zu erwarten. Winterstein (13) hat beide Körper in Emmentaler Käse nach- gewiesen. Beide werden rasch weiter verändert. Ornithin liefert eine Reihe von charakteristischen Fäulnisprodukten. Durch CO g- Abspaltung geht es in Putrescin oder Tetramethylendiamin über, dessen chemische Natur Udranszky (14) erkannte: NHg • CH2 • CHg • CH2 • CHg • NHg. Dasselbe wird regelmäßig in Gemeinschaft mit Cadaverin angetroffen. Von dem Putrescin scheint sich nach den Untersuchungen von Faust (15) das erwähnte Sepsin, das man aus faulender Hefe erhalten hat, abzuleiten. Dieser gut krystallisierende Salze bildende Stoff ist sehr wahrscheinlich identisch mit 1) A. Ladenburg, Ber. ehem. Ges., 19, 2585 (1886). — 2) A. Ellinger, Ber. ehem. Ges., 31, 3183 (1898); 32, 3542 (1899). Ztsch. physiol. Chem., 65, 394(1910). Tsolierung: D. Ackermann, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 2,1002(1910). Überführung von Piperidin in Pentamethylendiamin: J. v. Braun, Ber. ehem. Ges., 37, 3583 (1904). Über das dem Piperidin sehr ähnliehe Hexamethylenimin vgl, J. V. Braun, Naturforsch. Ges., 1906, II, i, 74. — 3) K. Yoshimura, Biochem. Ztsch., 28, 16 (1910). — 4) D. Ackermann, Ztsch. physiol. Chem., 64, 91 (1910). Abderhalden u. 0. Emmerling, Ebenda, 51, 394 (1906). — 5) D. Ackermann, Ztsch. phvsiol. Chem., 60, 482^(1909). — 6) D. Ackermann, Ebenda, 60, 482 (1909). — 7) L. Brieger, Ber. chem. Ges., 16, 515, 1186, 1405 (1883); 27, 1137; 19, 3119 (1886). Weitere Untersuch, über Ptomaine (1885). — 8) Griffiths Chem. News^ 68, 46. Compt, rend., 115, 418. — 9) D. Ackermann, Ztsch. physiol. Chem., 54, 1 (1907). Viridinin: Ebenda, 57, 28(1908). — 10) Sepsin: W. Fornet u. W. Heubner, Arch. exp. Pathol. u. Pharm., 56, 176 (1908). — 11) Nencki u. Sieber, Monatsh. Chem., 10, 526 (1889). — 12) 0. Emmerling, Ber. ehem. Ges., 29, 2721 (1896). COjbildung bei Fäulnis stellte schon Mauners, Ann. de Chim., 92, 160 (1814) fest, — 13) E. Winterstein, Ztsch. physiol. Chem., J05, 25 (1919). — 14) Udransky u. Bau mann, Ber. chem. Ges., 21, 2938 (1888). — 15) E. S. Faust, Arch. exp. Pathol,, 51, 248 (1904). Früher: E. Bergmann u. 0. Schmiedeberg, Zentr. med. Wiss, (1868), 114. Ch. Gram. Areh. exp. Pathol., 20, 116 (1886). § 2. Die Produkte der bacteriellen Eiweißzersetzung. Eiweißfäulnis. 147 dem Dioxydiamin der Form CH2NH2 • (CH0H)2 • CHj • CH2NH2. Anderer- seits hat Ackermann (1) gezeigt, daß das Putridin oder ^-Aminovalerian- säure als partielles Desamidierungsprodukt von Ornithin anzusehen ist. Ob die Desamidierung des Ornithins noch weiterschreitet ist nicht bekannt. Da Guanidin bei der Eiweißfäulnis nicht gefunden wird und Harnstoff stets auftritt, so hat man anzunehmen, daß Arginin zu Harnstoff und Ornithin ptimär hydrolysiert wird. Dabei ist ein Enzym zu supponieren, welches man als Arginase in tierischen Organen bereits nachgewiesen hat (2). Ob der in Bacterienkulturen auftretende Harnstoff (3) nur dem Arginin entstammt, ist allerdings fraglich. Nach FossE (4) wäre es sogar nicht ausgeschlossen, daß sich Harnstoff bei energischer Oxydation von Kohlenhydraten bei Gegenwart von Ammoniak bilden kann. Auf Pepton kultivierte Bacterien bilden vielfach, wie z. B. Bac. coli, Kreatinin (5), und auch aus Erdboden wurd« Kreatinin durch Scheeiner und Shorey (6) isoliert, wo es offenbar mikrobischen Ursprunges ist. Kre- atinin dürfte wahrscheinlich aus dem Arginin hervorgehen: Apginm: NH:CCH • CHg • CHNHg • COOH + HgO = ^U3>CH.CH2. CHaOH-f NH3+CO2 Isoleucin: .f Jj3->CH • CHNHg • COOH + HgO = J^fi^^CH • CHoOH + NH3+CO2. Das Wichtigste ist, daß diese Vergärung von Aminosäuren, wie sie Ehrlich mit Recht bezeichnet, ein allgemeiner Prozeß ist. So liefert Valin unter der Einwirkung von Hefe Isobutylalkohol, der gleichfalls im Fuselöl des Handels zu finden ist. Tyrosin ergibt p-Oxyphenyläthylalkohol oder Tyrosol, und Phenylalanin den Phenyläthylalkohol. Auch diese beiden aromatischen Alkohole sind durch Ehrlich unter den normalen Gärungs- produkten nachgewiesen worden (2). Aus Glutaminsäure sollte man nach demselben Abbauschema die Bildung von 7-Oxybuttersäure erwarten. Jedoch ist nach Neuberg (3) der Abbau wahrscheinlich der folgende: Glutarsäure: COOH • CHg • GHg • CHlNHa) • COOH; a-Ketoglutar säure: COOH • GHg • CHg • CO • COOH; /?-Aldehydopropionsäure: COOH • CH2 • CHg • COH ; Bernsteinsäure: COOH • CH, • CH2 • COOH, zu der als Hefe- Stoffwechselprodukt wohlbekannten Bernsteinsäure. Was mit der Asparaginsäure geschieht, ist noch nicht klar. Die zu erwartende Malonsäure konnte nicht aufgefunden werden. Bei Darreichung von Phenylaminoessigsäure entsteht durch Hefe Benzyl- alkohol. Tryptophan liefert ebenfalls den entsprechenden Alkohol Trypto- phol. Ehrlich (4) hat auch gezeigt, daß es möglich ist, unter Anwendung von viel Hefe und Zusatz von viel Kohlenhydrat, die Spaltung racemischer Aminosäuren zu erreichen, so daß nur die im Eiweiß vorkommende optisch- aktive Modifikation verarbeitet wird, während die andere zurückbleibt. Die Fuselölbildung durch Sakehefe ist sodann durch Kurono (5) gezeigt worden, und Pringsheim (6) hat dasselbe für Moniha, Torula sowie Mucor und Rhizopus dargetan. Ganz andere Vorgänge als die erwähnte Vergärung der Aminosäuren unter Alkohol- und Kohlensäurebildung betreffen die von Effront (7) beschriebenen Prozesse, die er gleichfalls als „Gärung der Aminosäuren" beschreibt. Hier handelte es sich anscheinend wesentlich 1) F. Ehrlich, Vers. Naturforsch. Ges., 1905, II, i, 107; Landwirtsch. Jahrb. (1909), Erg.bd. V. p. 289. Ber. ehem. Ges., 39, 4072 (1906); 40, 1027 (1907); 44, 139 (1911). Biochem. Ztsch., 2, 62 (1906). Bedeutung des Eiweißstoffwechsels für die Lebensvorg. in der Pflanzenwelt. Samml. ehem. u. chem.techn. Vorträge, hrsg. von Herz, Bd. XVII. Stuttgart 1911. Österr. Chem.-Ztg., 16, 323 (1913); Verh. Naturforsch. Ges. 1913, II, i, 320. — VgL auch 0. Schwarz, Biochem. Ztsch., 33, 30 (1911). Synthese von Tyrosol: F. Ehrlich u. Pistsohimuka, Ber. ehem. Ges., 45, 2428 (1912). — 2) F. Ehrlich, Biochem. Ztsch., 79, 232 (1917). M. Yukawa, Journ. Coli. Agr. Imp. Univ. Tokyo, 5, 291 (1916). — 3) C. Neuberg, Biochem. Ztsch., 91, 131 (1918). Über Desamidierung von Hordenin und Adrenalin: F. Ehr- lich, Biochem. Ztsch., 75, 417 (1916). — 4) F. Ehrlich, Ebenda, i, 8 (1906); 8. 438 (1908); 63, 379 (1914). Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 2, 669 (1910). Auch H. Pringsheim, Ztsch. physiol. Chem., 65, 96 (1910). — 5) K. Kurono, Journ. Agr. Tokyo, j, 283 (1911). — 6) H. Pringsheim, B'ochem. Ztsch., 8, 128 (1908) — 7) J. Effront, Mon. Sei. (4), 23, I, 145 (1909). 152 Vierunddreißigstes Kap. : Die Resorption v. Eiweißstoffen durch Bacterien u. Pilze. um reduktive Desamidierung von Glykokoll, Asparagin und Glutaminsäure unter Bildung von Essigsäure bzw. Propionsäure und Buttersäure. Da bei diesen Vorgängen stets Wasserstoffentwicklung stattfand, so ist eine Be- teiligung von Bacterien nicht unwahrscheinlich. Nach den Untersuchungen von Ehrlich und Jacobsen(I) findet die Verarbeitung von Aminosäuren bei den Schimmelpilzen in einer wesentlich anderen Richtung vorzugsweise statt. Hier entstehen nicht Alkohole, sondern Oxysäuren, wie bereits früher von mir vermutet worden ist (1. Aufl., Bd. II, p. 89). So bildet Oidium lactis aus Tyrosin p-Oxyphenylmilchsäure, aus Phenylalanin Phenylmilchsäure und aus Tryptophan die Indolmilchsäure. Da Moniha Candida Tyrosin etwa zur Hälfte zu Alkohol (Tyrosol) abbaut, zur anderen Hälfte die Oxysäure bildet, und auch Mucorineen beide Prozesse in verschiedener Intensität zeigen, so liegt es nahe, daran zu denken, daß beide Abbauarten zueinander Beziehungen haben. Neubauer und From- HERZ (2) nehmen an, daß die Aminosäuren zunächst in Hydrat der ent- sprgchenden Iminosäure R • C(0H)NH2 • COOH übergehen, welches unter NH 3- Abspaltung die Ketosäure R • CO • COOH liefert. Diese gibt unter CO 2" Abspaltung den Aldehyd: COg + R • COH und letzterer durch Re- duktion den Alkohol R • CHgOH. Die Ketosäure könnte durch Reduktion andererseits die Oxysäure liefern. Nach Ehrlich wäre die Oxysäure das erste Produkt nach Desamidierung; sie würde zu Aldehyd und Ameisensäure zerfallen, woraus Alkohol und CO 2 hervorgehen. Die Angabe von Neubauer und Fromherz, daß beim Abbau der Phenylaminoessigsäure Phenylglyoxyl- säure als Zwischenprodukt erscheint, ist jedoch durch Horsters (3) für Oidium lactis nicht bestätigt worden. Die von Palladin (4) bei abgetöteter Hefe beobachtete Ammoniakbindung wird vielleicht nur auf der Bindung durch organische Säuren beruhen. Rassendifferenzen des Hefematerials bei der Verarbeitung von Aminosäuren sind durch Takahashi (5) beobachtet worden. Da Maze (6) in Schimmelpilzkulturen Nitrit nachweisen konnte, so ist es möglich, daß ein geringer Teil des abgespaltenen Ammoniak der Oxy- dation anheimfällt. Die Verfolgung der Stickstoff auf nähme bei Schimmelpilzen (7) ergab, daß in der 1. Woche am meisten N- Verbindungen aufgenommen werden. Später geht ein großer Teil, wahrscheinlich vor allem dm-ch absterbende Zellen (8) wieder in das Substrat über. Wie sehr die N- Auf nähme durch die Kohlenstoff quelle beeinflußt wird, oder wie es Waterman (9) nannte, durch das „plastische Äquivalent des Kohlenstoffes", wird im nächsten Kapitel auszuführen sein. Dox und Ruth (10) haben gezeigt, daß auch ge- wisse Aminosäureester, wie Benzoylalanin und Acetylglycin, durch Schimmel- pilzenzyme gespalten werden können, so daß solche Verbindungen zugäng- lich sind. 1) F. Ehrlich u. K. A. Jacobsen, Ber. ehem. Ges., 44, 888 (1911). — 2) 0. Neubauer u. K. Fromherz, Ztsch. physiol. Chem., yo, 326 (1911). Neu- bauer, in Biochem. Handlex. von Abderhalden, 4, 364 (1911). — 3) H. Horsters, Biochem. Ztsch., .59, 444 (1914). Chem. -Ztg., J7, 74 (1914). — 4) W. Palladin u. Iwanow, Bull. Ac. Imp. Petersb. (1912), p. 573. — 5) T. Takahashi u. Yamanoto, Journ. Coli. Imp. Univ. Tokyo, I, 3, p. 275 (1911). — 6) Maze, Compt. rend., 153, 367 (1911). — Über Eiweißabbau der Hefe noch W. Zaleski u. W. Schataloff, Biochem. Ztsch., 55, 63 (1913). -- 7) A. J. Dox u. L. Maynard, Journ. biol. Chem., 12, 227 (1912). — 8) Vgl. 0. LoEW u. A. Aso, Bull. Coli. Agr., 7, Nr. 3 (1907), Tokyo. — 9) H. .1. Waterman, Versl. kon. Akad. Wet., 30. Nov. 1912. — 10) A. W. Dox u. W. Ruth, Biochem. Bull., 3, 23 (1913). § 3. Die Produkte bei der Eiweißresorption durch Pilze. 153 Im Vegetationskörper der höheren Pilze lassen sich, wie die Unter- suchungen von Yoshimura(I) an Cortinellus und von Winterstein und Reuter (2) an Boletus edulis gezeigt haben, so ziemlich alle Aminosäuren, die als Bausteine des Eiweiß bekannt sind, nachweisen. Auch sind hierzu die von Buglia und Costantino (3) mit Hilfe der Formoltitration ge- wonnenen analytischen Ergebnisse an Amanita caesarea zu vergleichen. In Mutterkornsklerotien wurde Histidin und Tryptophan nachgewiesen (4). Als Tryptophanreaktion ist wohl die von LÖWY an Champignon- extrakt beobachtete Violettfärbung mit konzentrierter Schwefelsäure auf- zufassen, die als Indicanreaktion gedeutet wurde (5). Die Bildung von Tryptophan ist übrigens bei Sakehefe durch Takahashi und Ito (6) direkt gezeigt worden. Indol oder dessen Carbonsäuren sind bei Pilzen nicht ge- funden worden. Wie die autolytischen Untersuchungen an höheren Pilzen durch Winterstein und die Erfahrungen bei Hefeautolyse von Iwanoff (7> zeigten, entstehen in Pilzen vielfach aus Aminosäuren durch fermentative Kohlensäureabspaltung Amine. So wurden aus Hefe Amylamin und Iso- amylamin erhalten, aus Boletus erhielt Winterstein viel Isoamylamin, p-Oxyphenyläthylamin, Phenyläthylamin, die offenbar aus Leucin bzw. Tyrosin und Phenylalanin hervorgehen. Aus Psalliota wurde wahrschein- lich ^-Imidazolyläthylamin erhalten, welches man aber auch aus Mutterkorn kennt (8). Im letzteren kommt außerdem das p-Oxyphenyläthylamin vor (Barger). Dazu kommt noch, daß es Winterstein und Reuter ge- lungen ist, Tetra- und Pentamethylendiamin aus Boletus zu isoheren. Hier spielt also Kohlensäureabspaltung aus Aminosäuren eine bedeutende Rolle. Ehrlich (9) hat gezeigt, daß Hefe, ebenso wie die Aminosäuren, auch noch die Amine p-Oxyphenyläthylamin und Isoamylamin in die Alkohole über- zuführen vermag. Das Trimethylamin, welches fast in allen angeführten Arbeiten über Analyse von Pilzen als Bestandteil angegeben ist, dürfte wohl eher in den Phosphatidumsatz hineingehören und dem Cholin entstammen. Ein betainartiges Derivat von Histidin, Trimethylhistidin, ist in Pilzen anscheinend nicht selten. Von Barger (1 0) in Boletus edulis und Mutterkorn, von Kutscher in Psalliota gefunden (11), dürfte es noch in anderen Fällen entdeckt werden. Arginin wurde in der Autolyse von Steinpilzen durch Winterstein vermißt. Man darf vermuten, daß der von Bamberger und Landsiedl (12) 1) K. YosHiMURA u. M. Kanai, Ztsch. physiol. Chem., 86, 178 (1913). — 2) E. Winterstein, C. Reuter u. Korolew, Landw. Versuchsstat., 79J80, 641 (1913). Basische Stoffe aus Amanita muscaria: A. Küng, Ztsch. physiol. Chem., gi, 241 (1914). Fusarium incarnatum soll nach Pantanelli, Accad. Lincei, 22, 170 (1914) durch Produktion solcher Basen sogar Pflanzenwurzeln im Boden schädigen. — 3) G. Buglia u. A. Costantino, Archiv, di Fisiol., 11, 125 (1913). — 4) S. Fränkel u. Rainer, Biochem. Ztsch., 74, 167 (1916). — 5) M. Löwy, Chem.-Ztg., 34, 340 (1910). — 6) T. Takahashi, Journ. Coli. Agr. Tokyo, 5, 105 (1913). H. Ito, Ebenda, p. 126. — 7) N. Iwanoff, Biochem. Ztsch., 58, 217 (1913). — 8) R. Zimmermann, Münch. med. Woch.schr., 60, Nr. 48 (1913). Über das Tyrosinamin auch Rosen- mund, Ber. chem. Ges., 42, 4778 (1909). Geg. Barger, Journ. Chem. Soc, 95, 1123 (1909). A. J. EwiNS u. Laidlaw, Journ. of Physiol., 41, 78 (1910). — 9) F. Ehrlich u. Pistschimuka, Ber. chem. Ges., 45, 1006 (1912). — 10) G. Barger u. A. J. Evins, Biochem. Journ., 7, 204 (1913). Vgl. auch Winterstein u. Reuter, 1. c. für Boletus u. Ztsch. physiol. Chem., 86, 234 (1913). — 11) F. Kutscher, Ztsch. Unt. Nähr.- u. Gen. mittel, 21, 535 (1911). Engeland u. Kutscher, Zentr. Physiol, 26, 569 (1912). — 12) M. Bamberger u. A. Landsiedl Monatsh. Chem., 24, 218 (1903); 26, 1109 (1905). Harnstoff in Pflanzen: E. Verschaffelt, Pharm. Weekbl., 51, 189 (1914). 154 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. in Lycoperdon Bovista zuerst aufgefundene Harnstoff, der seither in Pilzen in weiterer Verbreitung konstatiert worden ist, mit dem Umsätze des Arginins in Beziehung steht. Die Menge des Harnstoffes scheint zu wechseln. So vermißten GoRis und Mascre (1) bei ihrer Untersuchung von Lycoperdon den Harnstoff, fanden auch in Psalliota nicht immer Harnstoff auf, während in anderem Versuchen 4,3% des Trockengewichtes an Harnstoff zu isolieren waren. Ältere Exemplare von Psalliota enthielten mehi . Tricholoma Georgii erwies sich gleichfalls als reich an Harnstoff. Fosse (2) gelang es auch im Zellsaft von Penicillium und Aspergillus Harnstoff nachzuweisen. Das harn- stoffspaltende Enzym, Urease, wurde gleichfalls in verschiedenen Schimmel- pilzen gleichzeitig mit Harnstoff nachgewiesen. Der letztgenannte Forscher gibt übrigens an, daß Harnstoff auch bei energischer Oxydation von Kohlen- hydraten in Gegenwart von Ammoniak entstehen kann, worüber im Hin- blick auf biologische Fragen wohl noch Untersuchungen nötig sind (3). Der Nachweis eines auf Arginin unter Bildung von Harnstoff und Ornithin wirksamen Enzyms (Arginase) ist bisher nur für die Hefe durch Shiga (4) geführt worden. Arginase ist wohl allgemein verbreitet zu erwarten. Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoff gewinn ung und Eiweiß- bildung bei Bacterien und Pilzen. §1- Stickstoffverbindungen als Baustoffe und als Quelle von Betriebsenergie. Die Verarbeitung verschiedener Stickstoff- verbindungen durch Bacterien. Ein sehr auffälliges und allgemeines Moment unterscheidet den Stoff- wechsel der überwiegenden Mehrheit der Tiere von dem Stoffwechsel der Pflanzenwelt. Dies ist die reichliche Aufnahme von Stickstoffverbin- dungen als Nahrungsmaterial und die reichliche Abgabe von N-haltigen Aus Wurfsstoffen. Die Pflanze pflegt sich demgegenüber als ökonomischer Wirt zu zeigen, welcher das in der Regel sparsame Stickst off material, welches die Außenwelt zur Verfügung stellt, möglichst ausnutzt und in relativ geringem Maße Stickstoffverbindungen unter den nicht ver- wertbaren Stoffwechselendprodukten wieder erscheinen läßt. Die Kohlen- stoff gewinnung und Kohlenstoffabgabe bieten hierzu einen kräftigen Kontrast, indem hierbei ein relativ großer Umsatz zutage tritt. Dies illustriert die große Bedeutung der Stickstoffverbindungen als Quelle für Betriebsenergie im Tierreiche und die viel geringere Bedeutung dieser Stoffe als Energiequelle für die Pflanzen, welche meist N-freie Kohlen- stoffverbindungen, vor allem Zucker und Fett, im normalen Betriebe zur Energiegewinnung ausnutzen und nur im Inanitionszustande zur Zer- setzung der stickstoffhaltigen Zellbestandteile greifen. Beim Tier dürften neben Zucker und Fett voraussichtlich Eiweißstoffe in stetem regen Zerfall 1) A. GoRis u. M. Mascre, Bull. Sei. Pharm., i6, 82 (1909). Cempt. rend., 147, 1488 (1908); 153, 1082 (1911). Fehlen in Scleroderma: .1. Zellner, Sitz.ber. Wien. Akad., 127, IIb, 411 ^1918). — 2) R. Fosse, Compt. rend., 156, 263 (1913); Compt. rend. Soc. Biol., 77, 129 (1914). — 3) Fosse, Compt. rend., 154, 1448 (1912); 168, 1164 (1919). — 4) K. Shiga, Ztsch. physiol. Chem., 42, 606 (1904). 1. Stickstoff Verbindungen als Baustoffe und als Quelle von Betriebsenergie. 155 begriffen sein (Voits „circulierendes Eiweiß"), die dauernd ersetzt werden müssen, um das Stoffwechselgleichgewiciit zu erhalten. Bei der Pflanze steht die Bedeutung der Proteinstoffe als ,, Organeiweiß" im Sinne Voits so entschieden im Vordergrunde, daß man derzeit über die Bedeutung des Eiweißzerfalles in der Pflanze als Betriebsenergiequelle nicht viele Erfahrungen besitzt. Ein reichhch ernährtes gesundes Tier scheidet nicht viel weniger Stickstoff in Harn und Fäces aus, als es mit der Nahrung auf- nimmt, steht somit ungefähr im Stickst offgleichge wicht. Einen solchen Zustand kennt man bisher in pflanzüchen Organismen noch nicht. Soweit bekannt, wächst die im Pflanzenkörper befindliche Stickstoffmenge stetig heran, ohne daß mehr als die geringe in den abgestoßenen älteren Teilen vorhandene Stickstoffquantität verloren ginge. Um die verbindenden Wege zu finden, welche über diese Kluft zwischen pflanzUchem und tierischem Stoffwechsel hinüberführen, eignen sich Studien am besten, welche man an den regelmäßig eiweißreiche orgaidsche Substrate bewohnen- den saprophytischen und parasitischen Formen der Bacterien und Pilze, besonders der ersteren, anstellen kann. Noch Liebig war der Meinung, daß Pilze zu ihrer Ernährung, ebenso wie die Tiere, nur Eiweißstoffe verwenden könnten. Pasteur gelang es 1858 zuerst diese Meinung zu erschüttern, indem er zeigte, wie man Hefen und Schimmelpilze mittels weinsaurem Ammonium ernähren kann. Nägeli(I) erweiterte diese Er- fahrungen ungemein, wenn sich auch seine allgemeinen Folgerungen, wie darzulegen sein wird, kaum aufrecht erhalten lassen. Für die Bacterien blieb allerdings die Meinung, daß sie sich ausschUeßlich der Eiweißstoffe als N- Quellen bedienen, großenteils länger erhalten, nicht zum geringsten deshalb, weil sich die Bacteriologie fast ausschließlich eiweißhaltiger Nährböden zu bedienen pflegte. Maassen, Uschinsky, Fränkel(2) haben aber zu erweisen vermocht, daß eine große Zahl von saprophytischen und parasitisch lebenden Bacterienformen auf gänzUch eiweißfreiem Sub- strate zu vegetieren vermögen, darunter viele pathogene Arten, wie Milz- brandbacillus, Eiterstreptococcen und Tuberkelbacillen. Als eiweißfreie Bacteriennährlösung wurde besonders die von Uschinsky angegebene Mischung viel verwendet. Sie besteht aus 1000 Teilen Wasser, 30 — 40 Teilen Glycerin, 5—7 Teilen NaCl, 0,1 CaClg, 0,2—0,4 MgS04, 2,5—3 K2HPO4, 6—7 Ammoniumlactat, 3—4 Teilen Asparagin. Es ist demnach auch für die Bacterien, selbst für die an lebendes und totes tierisches oder pflanzliches Substrat strengst angepaßten Formen durchaus frag- lich, ob sie die Eiweißstoffe ihres normalen Substrates unbedingt zum Leben notwendig haben. Daß sie jedoch facultativ alle lebenswichtigen Funk- tionen mit Eiweißstoffen unterhalten können, also auch die Betriebs- energie aus jenen Verbindungen schöpfen, steht außer Zweifel. Dazu kommen die wichtigen Erfahrungen der neueren Zeit über den tierischen Eiweißstoffwechsel, welche deutlich zeigen, daß vollständig abgebautes Eiweiß auch für die höchst organisierten Tiere vollkommen ausreicht, um das Stickstoffgleichge wicht zu erhalten. Trotzdem scheint nach dem. was bis heute bekannt ist, der bacterielle Stickstoffhaushalt dem Stoff- 1) C. V. Nägeli, Sitz.ber. Münch. Akad. (1879). Botan. Untersuch, über niedere Pilze (1882), p. 1. — 2) A. Maassen, Aib. Kais. Ges.amt., 9, 401 (1894). Uschinsky, Zentr. Bakt.. 14, 316 (1894). C. Fkänkel, Hyg. Rdsch., 4, 769 (1894). 0. VoGES, Zentr. Bakt., 15, 453 (1894). Sanders, Arch. Hyg., j6. Kühne, Ztsch. Biol, 30, 221. Pkoskauer u. Beck, Ztsch. Hy^., j8, 128. Übersicht über die Stickstoffernährung der Bacterien bei W. Benecke in Lafars Handb. techn. Myko!., r. 401 (1907). 156 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. Wechsel der anderen Pflanzen verwandter zu sein als dem tierischen Stoff- wechsel. So ist es festgestellt, daß Aminosäuregemische fül- die Aufrecht- erhaltung des tierischen Stickstoffgleichgewichtes nur dann ausreichen, wenn darin alle Bausteine des Eiweißmölekels vertreten sind; Abwesenheit von Tyrosin und Tryptophan allein kann die Deckung des Nahrungsbedarfes verhindern. Nur Glycocoll und Prohn dürfen nach Abderhalden (1) fehlen. Bei Bacterien hingegen kennt man keinen Fall, in dem es nicht möghch wäre, aus einer einzigen Aminosäure alle anderen aufzubauen, und Darreichung von aromatischen Gruppen ist nirgends nötig. Da ferner weitverbreitet bei Bacterien die Fähigkeit besteht, aus organischsauren Ammoniumsalzen alle nötigen Aminokerne zu konstruieren, während beim Tier durch Darreichung von Ammoniumacetat höchstens eine Stickstoff- retention zu erzielen war (2), so muß dem Tierorganismus eine Reihe von Funktionen abgehen, die selbst bei streng parasitischen Bacterien noch wohl entwickelt sind. Eine Differenz zeigt sich auch in dem Umstand, daß das Eiweißminimum bei Ernährung mit artfremdem Eiweiß beim Tier immer größer sein muß als das Hungerminimum. Nur bei Verfütte- rung arteigenen Eiweiß ist es möglich, beide Minima zusammenfallen zu lassen (3), Bei Bacterien hat man nirgends eine solche Bevorzugung des arteigenen Eiweißes erkannt. Die wichtigste Etappe besteht sohin einmal in der Umwandlung einer br immten dargereichten Aminosäure in die übrigen Bausteine des Proteinmolekels, zum anderen in dem Aufbau von Aminosäuren aus andersartigem Material. Dabei ist zu bedenken, daß wir Anhaltspunkte dafür besitzen, daß auch im Tierkörper Aminosäure- synthesen möglich sind (4). Daß Beziehungen zur Konzentration der N- Nahrung bestehen, kann nach den Untersuchungen von Rubner(5) nicht bezweifelt werden, doch besteht keine proportioraie Abhängigkeit. Manche Bacterienformen vermögen im Gegenteil nur in äußerst verdünnter Stickstoffnahrung zu existieren (Oligonitrophilie von Beijerinck), so daß eine Vegetation noch in reinem Wasser möglich ist, und es schwer fällt, in derartigen Fällen die Möglichkeit einer Aufnahme von freiem Luftstickstoff auszuschließen (6). Bei den saprophytischen und parasitischen Bacterienformen kann man nicht sagen, daß Gewinnung von Betriebsenergie auf Kosten von Stickst off Substanz der normale Prozeß ist, da bei Zuckerdarreichung in dsr Regel eine viel ökonomischere Ausnutzung des Eiweißmateriales erfolgt, und wie wir sahen, die Indol- und Kresolbildung bei reichlicher Kohlenhydratzufuhr ausbleibt. Allerdings wird angegeben, daß bei einzelnen Bacterien auf zuckerfreiem Substrate dieselben Chemismen vorherrschen (7). Doch wird die Ammoniakabspaltung aus Aminosäuren stark erhöht, wenn Zuckerdarreichung fehlt, ganz analog den bereits be- 1) E. Abderhalden u. Funk, Ztsch. physiol. Chem,, 6o, 418 (1909); 67, 406 (1910); 77, 22 (1912). P. Rona u. W. Müller, Ebenda, 50, 263 (1906). Abder- halden, Ebenda, 57, 348 (1908). — 2) Abderhalden, Ebenda, 78, 1 (1912); 82, 1 (1912); ebenda, p. 21. — 3) L. Michaud, Ebenda, 59, 405 (1909). — 4) Alanin- synthese: G. Embden u. E. Schmitz, Biochem. Ztsch., 29, 423 (1910). H. Fellner, Ebenda, 38, 414 (1912). /S-Benzylalanin nach Darreichung von yff-Benzylbrenztrauben- sä'ue: F. Knoop, Ztsch. physiol. Chem., 67, 489 (1910). Abderhalden, Ebenda, 74, 481 (1911). — 5) M. RuBNER, Aroh. Hyg., 57, 161 (1906). — 6) Oligonitrophile Bacterien u. a. R. Perotti, Ann. di Botan., 4, 213 (1906). Bestimm, von organ. N in Wasser: J. C. Brown, Journ. Chem. Soc, 87, 1051 (1905). Vgl. auch dea interessanten Fall von Phoma betae: Schander u. W. Fischer, Landw. Jahrb., 48^ 717 (1915). — 7) Z. B. A. J. Kendall u. Ch. J. Farmer, Journ. Biol. Chem., 12, 219 (1912). Andererseits zeigt B. coli in stickstofffreier Zuckerlösung keine Gas- entwicklung nach E. Kuhtz, Arch. Hyg., 58, 125 (1906). § 1. Stickstoff Verbindungen als Baustoffe und als Quelle von Betriebsenergie. 157 sprochenen Fällen. Daß dieser Prozeß fermentativer Natur ist, scheint aus den Erfahrungen von Effront(1) an Amylobacter butyHcus hervor- zugehen. Über Säureamidspaltung durch Bacterien im Boden hat Jodidi(2) Studien angestellt. Andere Erfahrungen legen nahe, daß auch Bacterien die Aminosäuren unter Bildung von Alkoholen und COg verarbeiten können, wie es durch Ehrlich für die Bildung von Isoamylalkohol aus Leuein und d-Amylalkohol aus Isoleucin gezeigt worden ist (3). Sonst entstehen sehr oft aus Aminosäuren intermediär Fettsäuren, aus Leucin Valerian- säure, aus der zum Leucin gehörigen Oxysäure (Leucinsäure) nach Stolni- koff(4) hingegen Capronsäure, Buttersäure und Essigsäure; aus Phenyl- alanin nach Baumann (5) Phenylessigsäure, aus Tyrosin nach Sal- KOWSKi (6) Hydrozimtsäure, aus Asparagin nach Miquel (7) Ammonium- succinat. Über Aminosäureverarbeitung durch verschiedene Bacterien sind noch die Arbeiten von Gallimard und von Armand-Delille zu vergleichen (8). Auch Hippursäure wird durch Bacterien aerob sowie anaerob unter Ammoniakabspaltung verarbeitet (9). Nicht wenige Bacteriengruppen sind jedoch tatsächUch der Energie- beschaffung aus dem Zerfalle von Stickstoffverbindungen angepaßt. So ist es wahrscheinhch, daß die Harnstoffgärung erzeugenden Bacterien, wenigstens unter ihren natürüchen Vegetationsbedingungen, die bei der Harnstoffspaltung in Ammoniak und Kohlensäure freiwerdende Energie für ihren Betrieb im Stoffwechsel vorwiegend ausnutzen. Einen weiteren Fall bilden die Denitrifikationsmikroben, welche Nitrat unter Entbindung von freiem Stickstoff zersetzen. Endüch sind es die überaus interessanten nitrifizierenden Bacterien, welche aus der Oxydation von Ammoniak zu Nitrit, bzw. aus der Oxydation des letzteren zu Nitrat ihre Betriebs- energie schöpfen. Für den Grad der Anpassung an die Energiegewinnung aus Stickstoffverbindungen, von denen alle erwähnten Formen eine relativ ungeheuer große Quantität" zu verarbeiten gezwungen sind, spricht der Umstand, daß die Nitrosobacterien, wenigstens in Eeinkulturen, nach Winogradsky(IO) schon durch Glucose in Konzentrationen von 0,1 % sehr geschädigt werden, und auch bei den Denitrifikationsmikroben Zucker nach Jensen (11) eine schlechtere Kohlenstoffnahrung darstellen kann, als organische Säuren. Diese Fälle sind noch einer ausführUchen Würdigung in den folgenden Paragraphen zu unterziehen. Mit dem Zurücktreten der Bedeutung der N- Verbindungen als Quelle für Betriebsenergie bei den übrigen Bacterienformen steht es in Verbindung, wenn der Nährwert einer orgaiüschen Stickstoffverbindung auch durch deren Stellung unter den Kohlenstoffverbindungen mitbestimmt wird. In zahlreichen Fällen, denen wir bei den höheren Pilzen ganz allgemein begegnen, ist es entschieden vorteilhaft für das Gedeihen der Organismen, über eine gesonderte C- und N- Quelle zu verfügen, wobei für die erstere Zucker sehr allgemein den Vorrang in der Eignung besitzt. Die N-Ver- 1) J. Effront, Compt. rend., 146, 779 (1908). — 2) S. L. Jodidi, Journ. Franklin Inst., 175, 245 (1913). — 3) Vgl. für Proteus vulgaris: P. Nawiasky, A.rch. Hyg., 66, 209 (1908). — 4) Stolnikoff, Ztsch. physiol. Chem., r, 346. — 5) Baumann, Ber. chem. Ges., jj, 385; Ztsch. physiol. Chem., 7, 782. — 6) E. u. H. Salkowski, Ebenda, p. 450. — 7) P. Miquel, Ber. chem. Ges., 12, 672 (1879). — 8) J. Gallimard, Lacomme u. Morel, Compt. rend., 143, M'd (1906). P. Ar- mand-Delille, A. Mayer, G. Schaeffer u. E. F. Terroine, Journ. de Physiol., 15, 797 (1913) für Bac. tubercul. — 9) Burri, Herfeldt u. Stutzer, Journ. f. Landw. (1894), p. 329. N. Goslings, Zentr. Bakt., jj, 333 (1912). — 10) Wino- GRADSKY u. Omeliansky, Zcntr. Bakt., II, 5, 329 (1899). — 11) Hj. JInsen, Ebenda, 3, 622 (1897). 158 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgexnnnnng bei Bacterien usw. bindung wird in der Regel nur dann maximal ausgenutzt, wenn eine ge- eignete OVerbindung gleichzeitig zur Verfügung steht. Nicht unerwartet wird uns bei Beachtung dieser Verhältnisse der Fall erscheinen, daß die- selbe N- Verbindung ungleichen Wert als Baustoff besitzt, wenn verschiedene geeignete C- Verbindungen mit ihr zugleich dargereicht werden. So gaben BoEKHOUT und Ott de Vries(1) für Bac. fuchsinus an, daß er durch NH4-Salze seinen N-Bedarf wohl bei Darreichung von Weinsäure, nicht aber bei Bietung von Oxal- oder Citronensäure decken könne. Die Essig- bacterien nutzen nach Hoyer (2) Pepton und Asparagin nur bei Gegen- wart von Glucose aus. Die Verhältnisse liegen in solchen Fällen sehr ver- wickelt, und unter anderem hat man auch den electiven Stoffwechsel (Pfeffer) (3) dabei in Betracht zu ziehen. Man mag im allgemeinen ein Parallelgehen des ,, Nährwertes" von N- Verbindungen mit der Taughch- keit der Verbindungen zur Eiweißsynthese annehmen, und es ist wohl kaum ein Zufall, daß die direkten Hydratationsprodukte der Proteinstoffe: die Monaminosäuren, Diaminosäuren, Glucosamin, weitverbreitet eine ausgezeichnete Stickstoffnahrung abgeben. Für Bacterien sind jedoch diese Verhältnisse methodischer Schwierigkeiten halber hoch wenig be- kannt, und es hält derzeit schwer, ein halbwegs allgemein gültiges Gesetz hierfür aufzustellen. NÄGELI war wohl der erste, welcher sich bemühte, allgemein leitende Prinzipien für die Tauglichkeit von N-Verbindungen als Bacteriennährstoffe zu finden, doch hat sich Nägelis Folgerung, daß der N Hg- Stickstoff all- gemein am günstigsten, weniger der NH-Stickstoff, noch schlechter der NO- und CN-Stickstoff wirke, nicht bewährt, da sich zu viele Ausnahmen er- geben, und die oben erwähnten Abhängigkeitsverhältnisse zwischen C- und N-Nahrung das Gesamtbild oft proteusartig veränderlich gestalten. Das Tatsachenmaterial ist überdies noch zu wenig reichhaltig, und viele Unter- suchungen lassen die notwendige weitausgreifende Disposition der Experi- mente vermissen. Direkt widerlegt ist die NÄGELische Theorie durch die Beobachtungen über die Assimilation von Nitrilen: Acetonitril durch Reinke (4), Mandelsäurenitril durch Pfeffer (5). Ferner wird nach Bo- KORNY (6) auch Trinitrocellulose durch Bacterien verarbeitet. Den merkwürdigen Vorgang der Zerlegung von Stickoxydul durch Bacterien hat zuerst Beijerinck (7) der Aufmerksamkeit gewüi'digt. Aller- dings ist es zweifelhaft in wie vielen derartigen Fällen nur der Sauerstoff nach Zerlegung dieser Verbindung, und nicht der entweichende N ausgenutzt wird. Stickstoff Wasserstoff saure Salze sind nach LoEW und nach Schatten- froh (8) starke Gifte; y^o bis 1 ^[qq ihrer Lösungen töten als Natrium- salze (NgNa) bereits ab. Viel untersucht wurde in neuerer Zeit die Wirkung von Cyanamid und Calciumcyanamid auf Bacterien (9), mit dem Ergebnisse, daß nur sehr verdünnte Lösungen hiervon vertragen werden. Jedenfalls ist die langsame Umsetzung von Cyanamid in Harnstoff im Boden nicht 1) F. W. J. BoEKHOUT u. J. Ott de Vries, Zentr. Bakt., II, j, 497 (1898). — 2) D. Hoyer, Ebenda, p. 687. — 3) W. Pfeffer, Jahrb. wiss. Botan., 28, 205 (1896V — 4) Reinke, Unters, a. d. Labor. Göttingen (1888), Heft III, p. 37. — 5) Pfeffer, PfJanzenphysioIogie, 2. Aufl., Bd. I, p. 398; Permi, Zentr. Bakt., 15, 722 (1894). — 6) Th. Bokorny, Chem.-Ztg., 20, 985(1896). —7) M. W. Beijerinck u. MiNKMAN, Zentr. Bakt.. 25, 30 (1909). — 8) 0. Loew, Chem. Zentr. (1891), I, 34; (1892), I, 51. Schattenfroh, Arch. Hvg., 27, 231 (1896). — 9) R. Perotti, Arch. Farmacol., 5, 368 (1906). Atti Acc." Line. Roma (5), 16, II, 704 (1907). C. VON Seelhorst u. A. Müther, Journ. f. Landw., 53, 329 (1905). H. Kappen, Zentr. Bakt., II, 24, 382 (1909). Fr. Reis, Biochem. Ztsch., 25, ill (1910). § 1. Stickstoffverbindungen ale Baustoffe und als Quelle von Betriebsenergie. 159 in erster Linie das Werk von Bacterien. Cyanamid polymerisiert sich in der Lösung leicht zu Dicyandiamid, welches von Bacterien nicht als Gift empfunden wird und mit Pepton dargereicht in geringem Grade von ver- schiedenen Mikroben aufgenommen wurde (1). Nach Perotti (2) wird auch Sulfocyanür durch Bodenbacterien verarbeitet. Die vergleichsweise Ver- arbeitung von Ammoniumsalzen und Nitraten hat zuletzt Vogel (3) bei Bodenbacterien studiert, mit dem Ergebnis, daß Ammoniak-N erheblich stärker in Eiweiß-N übergeführt wird als Nitrat-N. Sehr zahlreiche sorg- fältige Versuche über dieses Thema hat Bierema (4) angestellt. Auch nach, älteren Nachrichten sind die Nitrate für Bacterien öfters untauglich, wie es auch noch bei Pilzen zu beobachten ist. Nach Demoussy (5) führen Bodenmikroben nicht nur Methylamin und Trimethylamin in NHg über, sondern auch komplexe Basen mit ring- förmig geschlossener Kette: AniHn, Pyridin, Chinolin, wenngleich sehr langsam. Cholin muß nach Ruckert (6) nicht durch intermediäre Tri- methylamin- oder Neurinbildung verarbeitet werden, sondern kann direkt NH3, CO2 und Wasser liefern. Bei der Spaltung von Betain durch Mikroben wird nach Ehrlich (7) nach Desamidierung Glykolsäure formiert. Über Verarbeitung flüchtiger Basen mit höherem Molekulargewicht haben Trillat und FouASSiER (8) Angaben geliefert. Auf die einzelnen Untersuchungen über die N- Ernährung von Bacterien hier einzugehen, ist schwer möglich. Überdies beziehen sich ältere Arbeiten wie jene von Jaksch (9) über die Ernährung des „Harnstoffpilzes" auf un- kontrollierbare Bacteriengemenge. Es seien nur kurz namhaft gemacht die Untersuchungen von Proskauer und Beck und späteren Forschern (1 0) über die N-Ernährung des Tuberkelbacillus, diejenigen Eijkmans(11) über Photobacterium javanense, welches ausschließlich Pepton unter den ge- botenen Bedingungen assimilierte, von Pere (12) und Pfaundler (13) über Bact. coh. Typhusbacillus von Gassner (14), Paratyphi von Kisch (15), von Liesenberg und Zopf (16) über „Leuconostoc mesenterioides" und Bact. vernicosum, ^on Charrin und Dissard (1 7) über Bac. pyocyaneus, von Behrens (18) über Bac. lupuliperda, von Schreiber (1 9) über Bac. subtilis, anthracis und tumescens, von Hueppe (20) über Milchsäurebacterien, 1) F. Reis, 1. c. R. Perotti, Zentr. Bakt., II, 21, 200 (1908). Annal. di Botan., 6, 337 (1908). A. Stutzer u. F. Reis, Jqurn. f. Landw., 58, 65 (1910); 0. LoEW, Chem.-Ztg. (1908), p. 57 sah günstige Wirkung. Nach Löhnis, Ztsch. Gär.phys., 5, 16 (1915) soll die Ammonisierung des Cyanamids im Boden zwar nicht durch Bacterien, aber durch Bodenpilze geschehen. — 2) R. Perotti, Staz. Sper. agr. ital., 39, 406 (1906). — 3) J. Vogel, Zentr. Bakt., II, 32, 169 (1911). Mitteil. Kaiser Wilhelms Inst. f. Landw. Bromberg (1911), p. 330. — 4) St. Bierma, Zentr. Bakt., II, 23, 672 (1909). — 5) E. Demoussy, Compt. rend., 126, 253 (1898). — 6) A. Ruckert, Arch. Pharm., 246, 676 (1908). — 7) F. Ehrlich u. Fr. LANcfe, Ztsch. Ver. deutsch. Zuck. Ind. (1914), p. 158. — 8) Trillat u. Fouassier, Compt. rend., 155, 1184 (1912). — 9) R. v. Jaksch, Ztsch. physiol. Chem., 5, Heft 6. Abel auch neuere Arbeiten, wie Abderhalden, Ztsch. physiol. Chem., 85, 112 u. 131 (1913) über bacteiielle Fäulnis von Asparagin säure und Glutaminsäure. — 10) Proskauer u. Beck, Ztsch. Hyg., 18, 128. A. Mayer u. Schaeffer, Compt. rend., Soc. Biol., 82, 113 (1919). G. Lockemann, Deutsche med. Woch.schr., 45, 510 (1919). — 11) Eijkman, Kochs Jahresber. (1892), p. 7L — 12) Pere, Ann. Inst. Pasteur, 6, 512 (1892). — 13) Pfaundler. Zentr. Bakt., I, 31, 113 (1902); Verzar, Biochem. Ztsch., 97, 1 (1918). — 14) Gassner, Zentr. Bakt., I, 80, 258 (1917). — 15) Br. Kisch, Zentr. Bakt., I, 82, 28 (1918). Wien. klin. Wochschr., 31, Nr. 21 (1918). — 16) C. Liesenberg u. Zopf, Zopfs Boitr., I (1892). — 17) A. Charrin u. A. Dissard, Soc. Biol. (1893), p. 182. — 18) J. Behrens, Woch. Brau. (1896), 802. — 19) 0. Schreiber, Zentr. Bakt., I, 20, 353 (1896). — 20) F. Hueppe, Mitteil. Kais. Ges.arat., 2, 309 (1885). A. Stutzer, Biochem. Ztsch., 70, 299 (1915). 160 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. die Angaben von Chudjakow (1) über die N- Versorgung der anaeroben Buttersäurebildner, die Untersuchungen von LoEW und Kozai, sowie von Franzen (2) über Bac. prodigiosus, jene von Trommsdorf (3) über die Abwasserbacterien Leptomitus und Sphaerotilus, die auch Nitrat gut assimiheren, und auf die Zusammenstellungen von Bokorny (4). Nach diesen Daten ist Asparagin sehr allgemein eine gute N- Quelle, ebenso andere Aminosäuren. Wie divergent aber bezüglich mancher Substanzen die Resul- tate ausfielen, zeigt sich u. a. beim Harnstoff, welchen Pyocyaneus, Coli, Phot. javanense, Bac. tuberculosis nicht verarbeiten sollen, während ihn viele Bacterien, darunter die anaeroben Buttersäurebacterien, wohl verwenden können. Wie angegeben wird, sollen Tuberkelbacillen wohl Biuret, nicht aber Harnstoff assimilieren. Bemerkenswert ist die Bildung von Kreatinin in Peptonlösung durch Bac. proteus vulgaris (5). Ob sich eine strengere Scheidung von ernährungsbiologischen Gruppen nach dem scheinbar best- angepaßten Substrat in dem Sinne durchführen läßt, wie es Kisch (6) ver- suchte, müssen erst ausgedehntere Erfahrungen zeigen. Immerhin mag eine Charakterisierung als Peptonbacterium, Amidobacterium, Ammonbacterium, nitratpositive Form in speziellen Fällen zur Orientierung gute Dienste leisten. Lutz (7) fand eine merkhche Ausnutzung von Alkaloiden bei Gegen- wart von Ammoniak-N. Loew (8) gab an, daß Pyridin, Pikrinsäure, Nitranilsäure, Nitrobenzoesäure, Äthylendiatnin weder giftig noch nährend wirken. Nach allem ist es noch eine mißliche Sache, Verallgemeinerungen hinsichtlich Nährfähigkeit und chemischer Konstitution von N-Verbindungen zu machen, und einschlägige Bemühungen, wie jene von 0. Loew, sind einst- weilen mit Vorsicht aufzunehmen. Von Interesse ist auch das Studium der den Mikroben des Humusbodens zur Verfügung stehenden N-Verbindungen. Damit haben sich Arbeiten von LoGES, DojARENKO Und ANDRE, später von Schreiner und Shorey sowie von J0DiDi(9) befaßt, außerdem Studien von Nikitinsky (10). Man weiß dadurch, daß der Monamino-N einen sehr bedeutenden Anteil des Humus- bodenstickstoffes ausmacht, der Gehalt an leicht abspaltbarem Amid-N hingegen gering ist. Unter den Bodenmikroben sind die Actinomyceten von großer Bedeutung. Munter ^11), welcher die Stickstoff Versorgung dieser Bacterien untersuchte, fand, daß sie Ammoniumsalze, Harnstoff, Thio- harnstoff, nicht aber Nitrate ausnutzen, und Dicyanamid wohl als N- Quelle, nicht aber als C- Quelle benutzen können. Neuere Arbeiten von Krainsky und FouSEK (1 2) geben an, daß Nitratassimilation bei diesen Organismen stattfinden kann, und daß Nitrate zu Nitrit reduziert werden. 1) N. Chudjakow, Zentr. Bakt., II, 4, 391 (1898). — 2) 0. Loew u. Y. Kozai, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 5, 137 (1902); Franken u. Egger, Ztsch. physiol. ehem., 90, 311 (1914). — 3) R. Trommsdorff, Zentr. Bakt., II, 48, 62 (1917). — 4) Bokorny, Pflü^. Arch., 66, 114 (1897); ebenda, 168, 633 (1917). — 5) J. H. Fitzgerald u. C. L. A. Schmidt, Proc. Soc. exp. Biol., 10, 66 (1913). Fäulnis von Betain: Ackermann, Ztsch. Biol., 64, 44 (1914). Koch u. Oelsner, Biochem. Ztsch., 94, 139 (1919). Chondroitinschwefelsäure: Neuberg, ßiochem. Ztsch., 67, 82 (1914). — 6) Br. Kisch, Zen.r. Bakt., I, 82. 28 (1918). Wien. klin. Wochschr., 31, Nr. 21 (1918). — 7) L. Lutz, Bull. Soc. Bot. France, 50, 118 (1903). — 8) 0. Loew, Z«ntr. Bakt., 9, 659 (1891); u, 361 (1892). Biol. Zentr., 10, 577 (1890). 9) G. LoGES, Landw. Vers.stat., 32, 201 (1886). A. Dojarenko, Ebenda, 56, 311 (1902). G. Andre, Compt. rend., 135, 1363 (1902); 136, 820(1903); Koch, Jahresber. (1902), p. 478. 0. Schreiner u. E. C. Shorey, Journ. biol. Chem., 8, 381, 386 (1910). S. L. JoDiDi, Journ. Amer. Chem. Soc, j2, 396 (1910); 33, 1226(1911; 34, 94 (1912). — 10) J. Nikitinsky, Jahrb. wiss. Botan., 37, 366 (1902). — 11) F. Munter, Zentr. Bakt., j6, 365 (1913); 39, 661 (1914). — 12) A. Krainsky, Zentr. Bakt., 41, 649 (1914). A. Fousek, Mitt. landw. Lehrk. Hochsch. Bodenkult. Wien, I, 217 (1913). § 2. Die Stickstoff vereot^gang der Sproßpilze. 161 Anhangsweise sei auf Untersuchungen über die N-Versorgung von Myxomyceten hingewiesen. Potts (1 ) studierte die Ernährung von Dictyo- steUum mucoroides (sowie des damit symbiontisch verbundenen Bacterium fimbriatum). Hier soll Ammoniumnitrat ausgezeichnet als N- Quelle geeignet sein, obgleich weder andere Nitrate noch andere Ammoniumsalze besonders gut wirkten. Aminosäuren sowie Eiweißstoffe werden assimiliert und sind treffliche N- Quellen, ebenso Harnsäure, weniger gut Hippursäure und Urethan. §2. Die Stickstoffversorgung der Sproßpilze. Seit Pastlur gezeigt hat, daß Hefen unter Darreichung von Am- moniumsalzen als N- Quelle ihr Gedeihen finden, wurde die Stickstoff- ernährung der Sproßpilze vielfach und gründlich untersucht (2). Trotz- dem stehen noch manche Fragen offen. Wie Beijerinck (3) betonte, be- vorzugen die Hefen ausgesprochen die Darreichung gesonderter N- und C- Quellen. Man kann zwar Wein- oder Bierhefe durch Asparagin allein als gemeinsame C- und N- Quelle ernähren, doch erreicht sie ihr volles Gedeihen unter vollständiger Ausnutzung der Nahrungsmaterialien erst in Asparagin-Zuckeriösung. Albumosen, z. B. WiTTE-Pepton, sind bekanntlich für Hefen eine treff- liche Stickstoff nahrung (4). Wenn Albumin, Legumin u. a. native Protein- stoffe bei Hefe und Mycoderma in Versuchen von Schulz (5) ein schlechtes Resultat gaben, so lag dies offenbar daran, daß bei Anwendung fester Proteine das proteolytische Hefeenzym als Endoenzym nicht genügend in der Außenflüssigkeit wirken konnte, gelöste Proteine aber nur in ungenügen- der Menge in die Zellen eindringen (6). Auch die Selbstverdauungsprodukte der Hefe dienen anderen Heferassen ausreichend zur Ernährung (7). Aminosäuren, die besonders im Asparagin sehr häufig in ihrem Nähr- wert für Hefe geprüft worden sind (8), bilden eine ausgezeichnete Stick- stoffversorgung für Hefen. Außer Asparagin, welches als vorteilhaftes Zu- satzmaterial zu Gärungsgemischen auch praktische Bedeutung gewonnen hat, sind nach den Befunden von Laurent und Bokorny Leucin, Glutan^iin, Glykokoll und Tyrosin sehr günstige N- Quellen, und nach Hess (9) wird durch gute N- Quellen, wie Pepton und Aminosäuren, auch die Invertin- bildung stark gefördert. Nach Went und Prinsen Geerligs (1 0) bietet 1) G. Potts, Flora (1902), Erg.bd., p. 281. — 2) Übersicht: F. Lafar, Handb. techn. Mykol-, -/, 97 (1907). Weinhefe: H. Bottu, La nutrition azot6e de la Levuxe. These Paris 1908. — 3) Beijerinck, Zentr. Bakt., ii, 68 (1892). — 4) A. Mater, Unters, über alkohol. Gär. (1869). Gär.chemie (1902), 5. Aufl., p. 134. Th. Bo- korny, Dingl polytechn. Joum. (1897); Zentr. Bakt., II, g, 674 (1902). — 5) A. Schulz, Justs Jahresber. (1877), p. 84. — 6) Über positive Ergebnisse mit Ei- dotterprotein: Mach, Ann. Önol., 4, 372. — 7) P. Lindner u. F. Stockhaüsen. Woch. Brau-, 23, 519 (1906). — 8) A, Mayer, Bokorny, A, Schulz, Beijerinck, 1. c. R. KussEROW, Brennereiztg., 14, Nr. 318 (1897). Koch, Jahresber. (1897), p. 84. C. Soldan, Ebenda (1898). p. 82. E. Laurent. Ann. Pasteur, j, 362 (1889). Ann. Soc. Belg. Microsc, 14 (1890). Duclaux. Traite de Microbiol.. j, 205. Zaleski u. Israilsky, Ber. dtsch. bot. Ges., j2, 472 (1914). Waterman, Fol. MicrobioL, 2, 173 (1915). Assimilation von Guanin. Allantoin, Kreatin usw. durch Hefe: Schulz, L c. Rösler u. Bialoblocki, Ann. önoL, j, 5.5. H. Lange, Woch. Brau., 16, 49 (1899). Ferner Euler-Lindner, Chemie der Hefe (1915), p. 228. ^CHÖNFELD, Woch. Brau., 31. 197 u. 345 (1914). — 9) Fr. Hess, Kochs Jahresber. (1897), p. 105. — 10) F. A. Went u. H. C. Prinsen Geerligs, Zentr. Bakt., II. I, 505 (1895). Czapek, Kocfaeiaie der Pffanzen. 3. Aafl.. IL Bd. U 162 FünfunddreißigsteB Kapitel: Stickstoffgewinnung bei ßacterien usw. Saccharomyces Vordermanni analoge Verhältnisse wie Bier- und Weinhefe; nach Meissner (1 ) soll bei Kahmhefen Asparagin nicht besonders, nach SCHJERNING (2) bei Saccharomyces apiculatus und Carlsbergensis sogar überhaupt nicht verarbeitet worden sein. Nach den Befunden von Ehrlich (3) findet eine elektive Verarbeitung racemischer Aminosäuren durch Hefe statt, wobei die verbrauchte Komponente mit der im Eiweiß vorkommenden optisch-aktiven Modifikation identisch ist. Wie Pringsheim (4) hervorhob, findet bei den Hefen eine ähnliche Bevorzugung der a-Aminosäuren statt, wie sie bei vielen Schimmelpilzen, vor allem Aspergillus niger, gefunden wird, und offenbar ist auch hier die in diesen Stoffen vorhandene Atomgrup- pierung . NH • CH • CO • von Bedeutung. Allescheria Gayoni gibt hingegen auf anderen Stickstoffquellen dieselben hohen Ernten wie auf Aminosäuren. Mit den durch Ehrlich sowie Neubauer und Fromherz entwickelten theoretischen Anschauungen über den Prozeß der Desamidierung von Amino- säuren durch gärende Hefe, wobei CO2, NH3, und der um 1 C ärmere Alkohol gebildet wird, ist es wohl vereinbar, daß die Nachbarstellung der Amino- und COOH-Gruppe einen Einfluß auf den Abbau hat. Doch hebt Prings- heim (5) hervor, daß nur gärende Hefe Bernsteinsäure reichlich aus Glut- aminsäure entstehen läßt, während nicht gärende Schimmelpilze, die geradeso die Aminosäure bevorzugen, bloß Spuren von Bernsteinsäure erzeugen. Bei der Sakehefe liegen die Verhältnisse nach Takahashi (6) analog. Da Anhaltspunkte dafür vorhanden sind, daß die Desamidierung bei der Hefe ein Enzymprozeß ist (7), wird man vielleicht in Zukunft diesen wichtigen Fragen auf dem Wege der Fermentchemie näher treten können. Die Ansicht von Ehrlich (8), daß für die Hefe von den Aminosäuren nur das abgespaltene Ammoniak als N-Nahrung in Betracht kommt, und der C-Kern des Eiweiß nur von dem Nahrungszucker herzuleiten ist, begründet wohl den Konnex zwischen Wirkungsweise von Desamidase und Amino- säurestruktur, bleibt aber die endgiltige Antwort in betreff der Tatsache schuldig, daß Aminosäuren als N-Nahrung bei Hefen und vielen Schimmel- pilzen Ammoniumsalzen überlegen sind. Bezüglich der N-Versorgung durch Säureamide differieren die Re- sultate. Laurent fand Acetamid wie Formamid untauglich, während Mach Acetamid brauchbar fand. Harnstoff, welcher von Beijerinck als für Hefe unbrauchbar angegeben worden war, ist nach älteren Untersuchungen von Mayer, nach Feststellungen für Mycoderma von Schulz, für Saccharo- myces Vordermanni durch Went und Prinsen Geerligs, und nach den neueren Angaben für Preßhefe durch Bokorny, Lindner und Wüst (9) sicher eine allgemein von Hefe verwendbare Stickstoffnahrung. Willia anomala gedeiht nach Ehrlich und Lange (1 0) auf Harnstoff allein nicht, wohl aber gut, wenn gleichzeitig Harnstoff und Glykolsäure dargereicht werden, und bringt dann die Glykolsäure zum Verschwinden, Besonders beachtenswert ist die Angabe von Thomas (11), wonach Hefe bei Harnstoff- 1) R. Meissner, Ztsch. Gär.physiol.. j, 113 (1913). — Torulaceen: H. Will, Zentr. Bakt, II, 46, 226 (1916). — 2) H. Schjerning, Compt. rend. Carlsberg, 9, .381 (1913). — 3) F. Ehrlich, Biochem. Ztsch., /, 8 (1906). Zentr. Bakt., II, 21, 257 (1908). - 4) H. Pringsheim, Biochem. Ztsch.. j, 121 (1907); 8, 119 (1908); Ber. ehem. Ges., 39, 4048 (1906). — 5) H. Pringsheim, Woch. Brau., 27, 222 (1910). — 6) T. Takahashi u. Yamamoto, Journ. Agr. Tokyo 19U, I, 275. — 7) J. Eff- ront Compt. rend., 146, 779 (1908). — 8) F. Ehrlich, Biochem. Ztsch., 36, ^11 (1911). — 9) P. Lindner u. G. Wüst, Woch. i. Brau., jo, 477 (1913). Th. Bo- korny, Biochem. Ztsch., S/, 219; 82, 359 (1917); 83, 133 (1917); Münch. med. Wochschr., 63, 791 (1916); Chem.-Ztg., 40, 366 (1916); Allg. Brau.- u. Hopf.-Ztg., 56, 957 (1916). — 10) F. Ehrlich u. Lange, Ber. ehem. Ges., 46, 2746 (1913). — 11) P. Thomas, Compt. rend., 133, 312 (1901). § 2. Die Stickstoffverßorgung der SproßpUze. 163 darreichung in 10% Zuckerlösung nur schwach, in 20% Zuckerlösung aber kräftig gedeiht. Für Amraoniumbicarbonat ergaben sich ähnliche Verhält- nisse und weitere Versuche zeigten, daß gleichzeitige Darreichung von Am- moniak-N die Verarbeitung anderweitiger sonst nicht guter N- Quellen deutlich unterstützt. Vielleicht hängt dies mit der Säurebildung auf manchen Substraten zusammen. Jedenfalls hat man solche Möglichkeiten zu beachten, wenn man verschiedene N- Verbindungen hinsichtlich ihrer NährtaugHch- keit prüft. Widersprüche bezüglich der Verwendbarkeit einzelner Alkylamine zwischen Laurent und Bokorny dürften sich in ähnlicher Weise aufklären lassen. Auch bezüglich des Betains, welches Stanek unbrauchbar (1), hin- gegen Ehrlich und Lang unter Bildung von Glykolsäure verarbeitet fanden, bestehen solche Beobachtungsdifferenzen. Auch dürften, wie Laurent schon angab, einzelne Alkaloide unter bestimmten Bedingungen brauchbar sein, während negative Resultate, wie bei Bokorny, Fermi und PoMPONi, Charpentier (2), nicht unter allen Umständen sich ergeben müssen. Kein einziges Pflanzenalkaloid scheint sich übrigens als sehr giftig erwiesen zu haben, so daß erst 5 % Strychninchlorhydrat tötete, 5 % Morphin und 0,3% Cocain aber noch keinen Einfluß ausübten. Permi fand 0,5% Nicotin oder 5 % Chinin tödlich. Entschieden giftig wirken Cyanwasserstoff, noch mehr Dicyan (0. Loew und Tsukamoto) (3), ferner Azoimidsulfat nach Loew (4) und Hydrazin (Diamid). Sehr viele Angaben über den Nähr- wert verschiedener Stoffe als N- Quelle für Hefe finden sich bei Water- MAN (5). A. Mayer hat 1869 zuerst darauf hingewiesen, daß Nitrate von Hefe im Gegensatze zu Ammoniumsalzen sehr schlecht ausgenutzt werden, und Schulz fand dasselbe für Mycoderma. Dasselbe Ergebnis lieferten die späteren Untersuchungen von Laurent ynd von Beijerinck. Nach dem letztgenannten Forscher sind Nitrate nur für manche Arten, Nitrite aber für gar keine Sproßpilze verwendbar. Laurent (6), der auf die Reduktion der Nitrate zu Nitrit bei Hefe aufmerksam machte, hat die Frage aufgeworfen, ob die Nitrate nicht durch eine in der Zelle stattfindende Reduktion zu Nitrit schädlich wirken. Evans (7) meinte diese Ansicht ablehnen zu dürfen, doch kommt in Hefepreßsaft tatsächlich ein nitratreduzierendes Enzym vor. Nach Fernbach und Lanzenberg begünstigen Nitrate wohl die Gärfähigkeit der Hefe, schädigen aber das Wachstum mit steigernder Konzentration immer mehr (8). Kayser (9) fand, daß Mangannitrat Gärung noch mehr begünstigt als Kalisalpeter. Ammoniumsalze wirken bekanntlich sehr günstig auf Hefe, und man kann in Fällen von N-Mangel die Gärung außerordentlich steigern, wenn man Ammoniumsulfat zusetzt (1 0). Wie sehr es manchmal auf das Anion der Ammoniumsalze ankommt, geht u. a. aus den Untersuchungen von Meissner (11) an Kahmhefen hervor, 1) Vl. StanSk u. 0. MiSKOVSKY, Ztsch. ges. Brauwes., 30, 566 (1907). F. Ehrlich u. Lange, Ztsch. Ver. Zuck. Ind., 64, 158 (1914) für Willia anomala. — 2) Cl. Fermi u. E. Pomponi, Zentr. Bakt., II, 2, 577 (1896). A. Charpentier, Soc. Bio!., 17, 83 (1885). — 3) 0. Loew 11. Tsukamoto, Zentr. Bakt., II, i, 377 (1895). — 4) 0. Loew, Ber. ehem. Ges., 23, 3203 (1890); 24, 2947 (1891). — 5) H. J. Waterman, Fol. Microbiol., 2, Heft 2 (1913). Fermentati ve Spaltimg N-haltiger Glucoside: Neuberg u. Färber, Biochem. Zthch., y8, 264 (1916). — 6) E. Laurent, Ann. Inst. Pasteur, 3, 362 (1889). Reo. Inst. Botan. Bruxelles, 2, 1, 11, 33, (1906). — 7) Evans. Kochs Jahresber. (1896), p. 92. A. Kossowicz, Biochem. Ztsch., 67, 400 (1914). — . 8) A. Fernbach u. A. Lanzenberg. Compt. rend., 151, 726 (1910). — 9) E. Kayser, Ebenda, 15, 816 (1910). — 10) R. Mar- ciLLE, Ar eh. Inst. Pasteur Tunis (1913), p. 94; Bokorny, Alig. Brau.- u. Hopf.-Ztg., 54, 97 (1914). — 11) R. Meissner, Ztsch. Gär.phys., 3, 113 (1913). 11- 164 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoff gewinnung bei Bacterien usw. welche Ammoniumphosphat besser vertragen als Nitrat und mit Tartrat nur schlecht gedeihen. §3. Stickstoffversorgung und Eiweißsynthese bei höheren Pilzen. Die Erfahrungen, welche bisher über die Stickst off ernährung von Pilzen (von Saccharomyces abgesehen) vorUegen, betreffen nur relativ wenige Arten aus den Reihen von Saprolegnia, Mucor, Basidiobolus, Conidienformen von Ascomyceten wie Penicilhum, Aspergillus, Botrytis, üstilago und vereinzelte andere Formen, und geben kaum das Recht, ein Urteil von umfassender Geltung für die Mehrzahl der Pilze abzugeben. Soweit bekannt, gilt für die Pilze ebenfalls das Gesetz, daß N- Verbindungen ihren vollen Nährwert erst dann entfalten, wenn ihnen gleichzeitig eine gut taugüche C- Quelle beigesellt wird, vor allem erst in Gegenwart von Zucker. So entwickelte Aspergillus niger (1) in der gleichen Zeit und unter den gleichen Bedingungen, da er auf 3 % Rohrzucker und 1 % Asparagin 600 mg Trockensubstanz erzeugte, auf 4% Asparagin allein nur 20 mg Trockensubstanz. Man kann mit Waterman (2) dieses Verhältnis durch die N-Zahl (N : 100 Teilen assimil. C) illustrieren. Von dem Einflüsse der C- Quelle auf die Ausnutzung gleichzeitig dargereichten Asparagins (1 %), auf die N- Ausnützung und die Trockengewichtszunahme gibt nach- folgende Tabelle Aufschluß. p Q ,, Trockengewicht Von 100 Teilen O-yueue ^gj. pii2ernte Asparagin-N ausgenutzt Methylal 53,5 mg 6,05 Teile Äthylenglykol .... 74,3 „ 8,39 „ Glycerin 288,6 „ 32,6 Erythrit 323,8 „ 36,58 „ 1-Arabinose 350,0 „ 39,55 „ 1-Xylose 512,7 ., 57,9 d-Fructose 523,7 „ 59,17 „ InuUn 619,6 „ 70,0 „ Glucoheptose .... 35,4 „ 4,0 „ d-Gluconsäure .... 253,8 ,, 23,5 ,, Quercit 325,0 „ 36,7 Zahlreiche andere Daten sind an dem angeführten Orte zu ersehen. Daß sowohl Proteosen, z. B. Wittes Pepton, als die bei der Eiweißhydrolyse entstehenden Aminosäuren eine ausgezeichnete N-Nahrung für die Pilze ergeben, geht wohl aus allen einschlägigen Untersuchungen hervor, und ich versuchte zu zeigen, daß bei Aspergillus bei diesen Aminosäuren nur relativ geringe Unterschiede in der Wirksamkeit bestehen. Dies er- gab sich u. a. auch für Soorpilz nach Linossier und Roux (3), für Rhizopus Oryzae nach Went und Prinsen Geerligs (4), für Cladosporium, Hor- modendron, Dematium nach Schostakowitsch (5), für Basidiobolus ranarum nach Racieorski (6), für Mucor prohferus nach Schostako- 1) F: Czapek, Hofmeist. Beitr., i, 638; 2, 557; j, 47 (1902). — Zusammen- stellung über N- Versorgung bei Pilzen: Lafar, Handb., j, 401 (1907). — 2) H. J. Waterman, Proceed. Akad. Amsterdam, 30. Mai 1913; ebenda, jp, 215 (1916). Chem. Weekbl., 15, 599 (1918). — 3) G. Linossier u. Roux, Compt. rend., iio, 355 (1890). — 4) F. A. Went u. H. C. Prinsen Geerligs, Zentr. Bakt., II, j, 505 (1895). — 5) W. Schostakowitsch, Flora (1895), Erg.bd., p. 362. — 6) M. Raci- BORSKi, Ebenda (1896), p. 107. § 3. Stickstoffversorgung und Eiweißsynthese bei höheren Pilzen. 165 WITSCH (1), Mucor Rouxii nach Nikolski(2), Thamnidium elegans nach Bachmann (3), Sporodinia grandis und Saprolegnia mixta nach Klebs (4), Hierzu kommen noch neuere Arbeiten von Traaen über verschiedene Bodenpilze, von Bobilioff-Preisser über Oospora, von Bronsart über die Ernährung einiger Xylaria- Arten und von Leininger über Cyathus striatus (5). Die Eignung von Asparagin ist besonders durch- Nakamura (6) geprüft, Leucin und Tyrosin durch Lutz (7). Die Angabe von Herzberg (8), wonach Asparagin für einzelne Ustilago- Formen unverwendbar ist, bezieht sich nur auf zuckerfreie Nährlösungen, und bei Gegenwart von Zucker dürften auch alle Ustilago- Arten Proteosen und Aminosäuren ausgezeichnet ausnützen können. Die auffallende Eignung der Aminosäuren als N- Nahrung für Asper- gillus niger ist auch aus neueren Versuchen von Lutz (9) und von Purie- wiTSCH (10) zu ersehen. Emmerling (11) hat den sehr erwünschten Nach- weis geführt, daß die ß- und y-Aminosäuren nicht die gleiche hohe Eignung zeigen, wie die bei der Eiweißspaltung allein entstehenden a-Aminosäuren. Ferner spielt die Stereoisomerie der Aminosäuren eine Rolle. Schulze und BossHARD, ferner Menozzi und Appiani fanden (12), daß bei Kultur von Penicilllum auf racemischem Leucin oder auf i- Glutaminsäure die fechtsdrehende Modifikation verbraucht wird, während die Unksdrehende Modifikation zurückbleibt. Fischer (13) konstatierte, daß Schimmelpilze aus d, 1- Alanin nur das d- Alanin verarbeiten, undEHRLiCH(14) hat weitere Tatsachen auf diesem Gebiete bekannt gemacht. Bezüglich der Verarbeitung von Polypeptiden durch Schimmelpilze liegen Angaben von Abder- halden und Teruuchi(15) vor, welche einer Erweiterung bedürfen, nachdem es voraussichtlich nicht nur geeignete Peptide geben dürfte. In meinen erwähnten Arbeiten ist weiter ausgeführt, wie die aroma- tischen Aminosäuren: Anthranilsäure, m- und p-Aminobenzoesäure, welche die N Hg- Gruppe in der Gruppierung "^yC • NH 2 enthalten, unvergleich- lich schlechter ausgenützt werden als aliphatische a-Aminosäuren. So gab I) ScHOSTAKowiTscn, Floia (1897), Erg.bd., p. 88. Erdmucorineen: 0. Hagem, Vidensk Selsk. Skrip., I, 1910, Nr. 4. Christiania 1910. — 2) M. Nikolski, Zentr. Bakt., II, 12, 667 (1904). — 3) J. Bachmann, Botan. Ztg. (1895), p. 107. — 4) G. Klebs, Beding, d. Fortpflanz, b. einigen Algen u. Pilzen (1896). Jahrb. wiss. Bot., 32, 23 u. 36 (1898); jj (1899). — 5) A. E. Teaaen, Nyt. Mag. Naturvid. Christiania 1914; Schreiner u. Skinner, U. S. Dep. Agr. Bur. of Solls, Bull., 87, p. 1 (1912); W. Bobilioff-Preisser, Zentr. Bakt., II, 46, 390 (1916); Bronsart, Ebenda, 49, 51 (1919); H. Leininger, Ber. bot. Ges., 33, 288 (1915). — 6) P. Nakamura, Coli. Agr. Tokyo, 2, 468 (1897). — 7) L. Lutz, Bull. Soc. Bot., 52, 95 (1905). Nach R. 0. Herzog u. Saladin, Ztsch. physiol. Chem., 73, 302 (1911) wird von Penicillium bei Leucinfütterung mehr CO« ausgeschieden als dem Leucin entspricht (?). Leucinverarbeitung im Tierkörper: v. Noorden u. Embden, Zentr. Physiol. d. Stoffwechs., I, 2 (1906). — 8) P. Herzberg, Zopfs Beitr. (1895); vgl. auch die Angaben über Phoma betae bei Schander u. W. Fischer, Landw. Jahrb., 4S, 717 (1915). — 9) L. Lutz, Compt. rend., 140, 665 (1905); Bull. Soc. bot., 52, 159 (1905). — 10) K. Puriewitsch, Biochem. Ztsch., 38, 1 (1911); auch Abderhalden u. Teruuchi, Ztsch. physiol. Chem., 47, 394 (1906). Zaleski u. Pjukow, Ber. bot. Ges., 32, 479 (1914). A. Kossowicz, Biochem. Ztsch., 67, 391 (1914). W. Brenner, Zentr. Bakt., II, 44, 304 (1915). — 11) 0. Emmerling, Ber. chem. Ges., 35, 2289 (1902). — 12) E. Schulze u. Bosshard, Ebenda, j8, 388 (1885). Schulze u. Likiernik, Ebenda, 24, 669 (1891). A. Menozzi u. G. Appiani, Chem. Zentr. (1894), I, 463. — 13) E. Fischer, Ber. chem. Ges., 32, 2461(1899). — 14) F. Ehrlich, Biochem. Ztsch., i, 8 (1906). Für den tierischen Stoffwechsel vgl. J. Wohlgemuth, Ber. chem. Ges., 38, 2064 (1905). Abderhalden u. Samuely, Ztsch. physiol. Chem., 47., 347 (1906). — 15) Abderhalden u. Teruuchi, Ebenda, 47, 394 (1906). 166 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. m-Aminobenzoesäure 80 mg, die Paraverbindung 28,4 mg, die Anthranil- säure nur 7 mg Pilzernte. Daher liegt es nahe, auch bei den Schimmelpilzen der Gruppierung NH • GH • GO • eine besondere Rolle in der Eiweißsynthese zuzuschreiben. Diese Meinung wird dadurch bestätigt, daß das Benzylamin <( \— GH 2NH2 dem Anilin ;( ^— NH 2 bedeutend an Nährwert über- jen ist. Von einschlägigem Interesse ist es ferner, daß Acetamid GH 3 • GO • NH2 sich für Aspergillus in meinen Versuchen als gute N- Quelle er- wies; doch hat Hagem(1) für Erdmucorarten keine derartige günstige Wirkung beobachten können. Ferner erscheint es für die theoretische Auf- fassung der Biosynthese der Aminosäuren beachtenswert, daß die alipha- tischen Amine, welche durch GO 2" Abspaltung aus Aminosäuren hervorgehen, ihrerseits in den allermeisten Fällen bei normalgebauter Kohlenstoffkette gute Nährstoffe sind (2). Es darf auch nicht unbeachtet bleiben, daß oxy- fettsaure Ammoniumsalze, die gleichfalls in nahe genetische Beziehungen zu den Aminosäuren gebracht werden können, nach meinen Erfahrungen auffallend gute Stickstoffnahrung bieten (3). Ein definitives Urteil über die biosynthetische Aminosäurebildung durch Pilze läßt sich heute kaum fällen. Im Gegensatze zur älteren Anschauung, wo man der Eiweißaufnahme eine alleinherrschende Rolle zuteilte, geht man derzeit, wie die Arbeiten von Raciborski, Ehrlich, Hagem, Boas zeigen (4), wieder anscheinend viel zu weit mit der Meinung, daß alle dargereichten Aminosäuren nur ihr Ammo- niak hergeben müssen, um Eiweißbildung zu ermöglichen und ihre Kohlen- stoffketten keine weitere Bedeutung haben. Sonst wäre es ganz unverständ- lich, warum oxyfettsaure Ammoniumsalze so deutlich bessere Eignung be- sitzen. Hier dürfte das Studium der fermentativen Desamidierung ver- schiedener N- Verbindungen am ehesten geeignet sein, Fortschritte in der Einsicht zu vermitteln. Die meisten Säureamide sind schlechte Nährstoffe. Noch mehr gilt dies von Säurenitrilen, wenn sie auch, wie das Phenylglykolsäurenitril, im Amygdalin bis zu einem gewissen Grade brauchbar sind (5). Harnstoff ist für die untersuchten Pilze unter die guten N- Quellen zu rechnen (6) ; doch deuten verschiedene Angaben in der Literatur darauf hin, daß es Um- stände gibt, unter denen das Gegenteil der Fall ist (7). Auch Dimethyl- harnstoff, Biuret, Äthylurethan und Guauidin (8) sind nach eigenen Er- fahrungen gute Nährstoffe für Aspergillus. Die Möglichkeit der Verarbeitung von Gyanamid ist für eine ganze Reihe von Pilzformen sichergestellt (9); nach Kappen soll intermediär Harnstoff auftreten. Kossowicz hat darauf 1) 0. Hagem, Vid. Selsk. Christiania 1910, Nr. 4. — 2) Czapek, 1. c. L. Lutz, Rech, sur la nutrit. des v6g6taux ä l'aide de substanc. azotees. These Paris (1898), p. 79. Bull. Soc. Bot., 52, 194 (1905). — 3) Man beachte, daß auch der von W. Lob, Biochem. Ztsch., 60, 169 (1,914) beobachtete Übergang von Oxal- säure + NHj unter dem Einflüsse stiller elektrischer Entladung zu Aminoessigsäure sich über Glyoxylsäure und Oxyaminoessigsäure vollstreckt. — 4) M. Raciborski, Bull. Acad. Sei. Cracovie, Octob. 1906. F. Ehrlich, Biochem. Ztsch., j6, 477 (1911). 0. Hagem, 1. c. 1910. F. Boas, Biochem. Ztsch., 86, 110 (1918). — 5) Czapek, 1. c. L. Lutz, Bull. Soc. Bot., 52, 159, 194 (1905). Verarbeitung von Amygdalin ohne Spaltung: Waterman, Proceed. Akad. Amsterdam, ig, 922 u. 987 (1917). — 6) A. Kossowicz. Ztsch. Gär.physiol., i, 60 (1912); 2, 61 (1912); ebenda, p. 81; F. A. Mo Dermott, Mycol. Zentr., j, 159 (1913). Boas, Ann. Mycol, 16, 229 (1918). — 7) Vgl. BoKORNY, Chem.-Ztg., 20, 69 (1896). Diakonow, Ber. bot. Ges., 4, 386 (1887). — 8) Guanidin: J. Kawakita, Bull. Agric. Coli. Tokyo, 6, 181 (1904). Kossowicz, Ztsch. Gär.phvsiol., 2, 84 (1912). — 9) H. Kappen, Zentr. Bakt., n, 26, 633 (1910); Fr. Reis', Biochem. Ztsch., 25, 477 (1910). A. Kossowicz, Ztsch. Gär.physiol., x, 124 (1912); 2, 164 (1913). § 3. Stickstoffversorgung und Eiweißsynthese bei höheren Pilzen. 167 aufmerksam gemacht, daß Penicillien, Aspergillus, Isaria, Cladosporium negative Ergebnisse bei Darreichung von Cyanamid aufweisen. Die Ureide Hydantoin, AUantoin, Methyluracil, Parabansäure, Oxalur-, Barbitur- und Dialursäure, ferner Alloxan und Harnsäure, wirken noch besser als Harn- stoff. Coffein wird von Aspergillus nur wenig, Hippursäure (1) wohl all- gemein verwendet. Verarbeitung von Cholin durch Oidium lactis hat RucKERT (2) beobachtet. Die günstige Wirkung der Ammoniumsalze hängt, wie ich bei Asper- gillus sah, und spätere Arbeiten in anderen Fällen sichergestellt haben (3), sehr von der Natur des Anions ab. Man kann als Regel aufstellen, daß die Ammoniumsalze starker Säuren infolge baldigen Eintrittes schädlicher H -lonenkonzentration weniger gut geeignet sind als die Salze schwacher Säuren. Besonders in den ersten Entwicklungsstadien sind die Pilzkulturen gegen die beginnende Ansäuerung sehr empfindlich. Wenn man, wie es NiKiTiNSKY tat, durch Zusatz von Calciumcarbonai, dafür sorgt, daß die saure Reaktion ein gewisses Maß nicht überschreitet, so erzielt man auch mit Chlorammonium dieselben günstigen Effekte wie etwa mit Ammonium- tartrat. Ebenso kann man durch Zusatz eines Ammoniumsalzes mit leicht assimilierbarem Anion, wie es das Tartrat ist, den Pilz vor dem Einflüsse der steigenden Acidität in ammoniumchloridhaltiger Nährlösung schützen. Auf Ammoniumacetat wächst Aspergillus wohl infolge der hydrolytischen Spaltung schlecht (4). Ammoniumoxalat ist;für Aspergillus sehr gut geeignet. Über einige auffällige formative Wirkungen, die nach Darreichung von Ammoniumnitrat auftreten, hat Tanret (5) berichtet. Gut wirken phosphor- saures und glycerinphosphorsaures Ammonium. Bei Kahmhefen fand Meissner (6) in Gegensatz zu anderweitigen Erfahrungen Ammonium- tartrat schlecht geeignet. Hydroxylamin sowie dessen Sulfosäure wurden von Suzuki und von Lutz (7) als unbrauchbar bezeichnet, desgleichen von LoEW (8) die Amido- sulfonsäure. Doch hat Raciborski mit Hydroxylamin gewisse Nähreffekte zu erzielen vermocht, ebenso mit Hydrazin; Methylhydrazin ist auch in meinen Versuchen als mäßig gute N- Quelle für Aspergillus erkannt worden. Bezüglich der Ernährung von Pilzen mit Nitrat (9) hat bereits Laurent richtig hervorgehoben, daß die einen Formen mit Ammoniumsalzen besser gedeihen als mit Nitraten, während andere keinen Unterschied machen oder selbst Nitrate vorziehen. Aspergillus niger wuchs in meinen Versuchen in KNO3 besser als in Ammoniumsulfat, aber schlechter als in Ammonium- phosphat. Möglicherweise hängt die Fähigkeit, Nitrate zu verarbeiten, 1) Dox u. Neidig, Ztsch. physiol. Chem., 85, 68 (1913); Mo Dermott, Mycol. Zentr., j, 159 (1913). — 2) A. Ruckert, Arch. Pharm., 246, 676 (1908). — 3) C. Tanret, Bull. See. Chim. (3), 17, 914 (1897). J. Nikitinsky, Jahrb. wiss. Bot., 40, 15 (1904). W. Brenner, Ber. bot. Ges., 29, 479 (1911). Für Hypocrea rufa: M. Medisch, Jahrb. wiss. Bot., 48, 591 (1910). G. Ritter, Ber. bot. Ges., 27, 582 (1909). L. Lutz, Bull. Soc. Bot., 52, 159, 194 (1905). 0. Loew, Hof meist. Beitr., 4, 249 (1903). C. Wehmer, Ber. bot. Ges., 31, 210 (1913); Biochem. Ztsch,, 59, 63 (1914). W. Brenner, Zentr. Bakt., II, 40, 555 (1914). Fr. Boas u. H. Leberle, Biochem. Ztsch., 90, 78 (1918); ebenda, 86, 110 (1918). Woeltje. Ber. bot. Ges., 32, 544 (1914); Centr. Bakt., II, 48, 97 (1918). — 4) Vgl. auch Schroeder, Kochs Jahresber. (1902), p. 97. — 5) C. Tanret, Compt. rend., 123. 948 (1896). — 6) R. Meissner, Ztsch. Gär.physioL, 3, 113 (1913). — 7) S. Suzuki, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 5, 491 (1903); L. Lutz, Bull. Soc. Bot., 52, 194 (1905). — 8) 0. Loew, Chem. News, 74, 277 (1896). Maeno. Chem. Zentr. (1897), I, 936. — 9) Hierzu: Ritter, Biochem. Ztsch., 60, 270 (1914). ,,Katalytische Wirkung" von KNO, auf die Alkoholgärung durch Aspergillus: Molliard, Compt. rend., 163, 570 (1916). 163 Fänfanddreißigste8 Kapitel: Stickstoff Tersorgiuig bei Bacterien usw. irgendwie mit der Fälligkeit zusammen, dieselben zu Nitrit und Ammoniak zu reduzieren. Nach den vorliegenden Erfahrungen (1) sind die Nitrat verarbeitenden Schimmelpilze ganz allgemein dazu befähigt Nitrit zu bilden, and es besteht darüber auch kein Zweifel, daß Nitrite von Schimmelpilzen verarbeitet werden, unter Reduktion zu Ammoniak, welches allerdings nicht immer nachgewiesen werden konnte (2). Nach BoKORNY (3) wird auch Trinitrocellulose verarbeitet. Ich sah ferner Aspergillus schwach auf Nitromethan wachsen. Rhodannatrium ist gleichfalls bis zu einem gewissen Grade verwertbar (4), und Kossowicz beobachtete, daß manche Pilzformen auf diesem Substrate Schwefelwasser- stoff bilden. In manchen Fällen sind selbst die giftigen Senfölglucoside, wie Sinigrin, den Pilzen in geringem Maße als Nahrung zugänglich (5) (Schimmelpilze und Monilia). Eine geringe N-Aufnahme ist sodann möglich aus Ferricyankalium und Nitroprussidnatrium, hingegen gar keine bei Dar- reichung von Ferrocyankalium, Äthaldoxim und Acetoxim. In meinen zitierten Arbeiten finden sich ferner eingehendere Dar- stellungen der Möglichkeit, aromatische N- Verbindungen zu verarbeiten. Besonders die mehrfach hydroxylierten Derivate, wie gallussaures Ammo- nium, ragen hier durch ihren Nährwert hervor. Zu prüfen wäre, ob die im Tierkörper möghche Reduktion von Nitrobenzol (6) auch im Pilzorganismus bewerkstelligt werden kann (Bildung von p-Aminophenol). Gärende Hefe reduziert nach Neuberg (7) Nitrobenzol beträchthch; reichliche Bildung von Anilin wurde in keinem Falle vermißt. Theoretisch wichtig ist die hohe Eignung der hydrierten Benzolkörper, so daß chinasaures Ammonium, allein als C- und N- Quelle dargereicht, bei Aspergillus in seiner Wirkung den Zuckerarten näher kam als irgend eine aliphatische oder aromatische Verbindung. CH : C(COOH). Brenzschleimsäure, a-Furancarbonsäure : ■.. ' „ /O in Form LH : LH ^ ihrer GlykokoUverbindung: Pyromucursäure, dargereicht, wird von Schimmel- pilzen nach Dox und Neidig verwertet (8). Die Spaltung entspricht jener der Hippursäure. Daß der Pyridinring in manchen Fällen relativ leicht durch die Stoff- wechseltätigkeit der Pilze gesprengt werden kann, lehren meine günstigen Resultate mit niootinsaurem Natron bei Aspergillus. Bekannt ist auch die Ansiedelung von Pilzmycelien in Chininlösungen (9). Über Verarbeitung von Pyridinbasen und von Alkaloiden durch Pilze hat u. a. Lutz (10) nähere Mitteilungen gemacht, worin ausgeführt wird, daß allgemein keine direkte Verarbeitung dieser Stoffe durch Aspergillus stattfindet, wohl aber bei gleichzeitiger Darreichung einer anderen guten N- Quelle. AspergiUus niger greift nach Friedrichs (1 1 ) Narkotin und Kodein an, Morphin nicht. Ehr- 1) G. E. Ritter, Ber. bot. Ges., 29, 570 (1911). 0. Hagem, Vid. Ötelsk. Skrift. Cluristiania 1910. Nitratverarbeitung: 0. Loew, Chem.-Ztg., 36, bl (1912); Ritter, Ber. bot. Ges.. 27, 582 (1909). A. Blochwitz, Zentr. Bakt., 39, 497 (1913). — 2) M. Räciborski, Bull. Acad. Sei. Cracovie, Octob. 1906. A. Kossowicz, Ztsch. Gär.physiol., 2, 55 (1912); j, 321 (1913). — 3) Th. Bokorny, Chem.-Ztg., 20, 985 (1896). — 4) Czapek, 1. c. A. Fernbach, Compt. rend., 7. Juli 1902. J. H. Kastle u. K ^LVOVE, Am. Cbem. Joura., 31, 550 (1904). A. Kossowicz n. L. v. Gröller, Ztsch. Gär.physiol-, 2, 58 (1912). — 5) Mostynsky, Kochs Jahresber., 12, 72 (1901). A. Kossowicz, Ztsch. landw. Ver.Wes. Österr., '«, 645 (1905). — 6) Er. Meyer, Ztsch. physiol. Chem,, 46, 497 (1906). — 7) Neuberg u. Welde, Biochem. Ztsch., 60, 472 (1914). — 8) A. W. Dox. u. R. E. Neidig, Biochem. Bull., 2, 407 (1913). — 9) Vgl. F. Heim, Bull. Soc. Mycol., 9, 239 (1893). — 10) L. Lutz, Bull. Soc. Bot., 50, 118 (1904); ebenda, 5^, 194 (1905). Bot. Zentr., 9J. 222 (19(ß).. — 11) 0. v. Friedrichs, Ztsch. physioL Chem., 93, 276 (1914). § 4. Die bacterielle Hamstoffspaltang (HamBtoffgärung). IQ^ LICH (1 ) erhielt positive] Erfolge mit Pyridin, Piperidin, Coniin, Nicotin, Cinchoninsäure, Chinin, Brucin und Morphin. §4. Die bacterielle Harnstoff Spaltung (Harnstoff gärung) (2). Die überall, wo harnst off reiche tierische Materialien sich anhäufen, reichlich stattfindende Zersetzung des Harnstoffes in kohlensaures Am- monium wurde bereits von älteren Chemikern, wie Vauquelin und Ja- QüEMART untersucht (3). Dumas (4) zog 1830 den richtigen Schluß, indem er sagte, Harnstoff stehe zum Ammoniumcarbonat in demselben chemischen Verhältnis wie Oxamid zum Ammoniumoxalat. Liebig (5) dachte zuerst an den fermentativen Charakter der Harnstoffgärung, doch wurde der biologische Charakter der natürhchen Harnstoffspaltung^ erst 1860 durch Pasteur(6) erkannt. In der Folge beschäftigten sich mit den Mikroben der Harnstoffgärung Musculus, van Tieghem, Miquel, V. Jaksch, Leube und Beijerinck (7). Miquel beschrieb 17 in der Natur an der Harnstoffgärung beteiligte Formen, die er in die Gattungen ürobacillus, Urococcus und Urosarcina einreihte. Nach der Bearbeitung der Harnstoffbacterien durch Viehoever (8) scheint es aber, als ob mehrere der am meisten verbreiteten Formen, wie ürobacillus Pasteurii, ürobacillus Leubei und Bacillus Pasteurii, vielleicht noch einige andere Formen zu einer einzigen Art zu vereinigen wären, für welche der Namen Bac. probatus vorgeschlagen worden ist. Beijerinck (9) erwarb sich um die Methodik der Isolierung dieser Mikroben durch elektive Züchtung und Anhäufung, und um die Kenntnis wichtiger neuer Harnstoffbacterien große Verdienste. Es ist eine biologisch überaus interessante Gruppe von Organismen, die in der Natur allenthalben verbreitet vorkommen, und bei ihrem Wachstum auf Hefe wasser- Harnstoff- Gelatine leicht kenntlich sind, indem die einzelnen Kolonien sich mit einem Hofe aus Calcium- carbonat und Phosphatniederschlägen umgeben, welche schöne NEWTONsche Farbenringe zeigen („Aureole" und ,, Iriserscheinung"). Sobald der Ge- halt des Substrates an Ammoniumcarbonat ein Maximum überschritten hat, welches relativ bald erreicht ist, stellen die Bacterien ihr Wachstum ein. Durch Beseitigung des gebildeten Ammoniumcarbonates kann man 1) F. Ehrlich, Biochem. Ztsch., 79, 152 (1917). Bezüglich Pyridin hatte BoKORNY, Zentr. Bakt., II, 47, 334 (1917) Nichteignung angegeben, — 2) Mono- graphien: P. Miquel, Lafars Handb. techn. MykoL, 3, 71 (1904). A. Viehoever, Zentr. Bakt, 39, 209 (1913). C. Oppenheimer, Die Fermente, 3. Aufl. — 3) Vau- quelin, Ann. Chim. et Phys. (2), 25, 423 (1824). Jaqüemart, Ebenda (3), 7, 149 (1843). — 4) J. Dumas, Ebenda (2), ^.#,273 (1830). — 5) J. v. Liebig, Chem. Briefe, p. 15. — 6) Pasteur, Compt. rend., 50, 849 (1860). Pasteur u. Joubert, Ebenda, 83, 5 (1876). — 7) Musculus, Ebenda, 82, 333 (1876). van Tieghem, Ebenda, 52, 210; 58, 210 (1864). Miquel, Bull. Soc. Chim., jj, 391; 32, 126; Compt. rend., iii, 397; Ann. micrograph., 3 (1891); 5, 162 u. 322 (1893); 7, 49 (1895); 8, 55 (1896); 9, 302 (1897). v. Jaksch, Ztsch. physiol. Chem., 5, 395. Leube, Virch. Arch., 100, 540 (1886). Leube n. Graser, Sitz.ber. Erlangen (1885), p. 12. L. Moll, Hof meist. Beitr., 2, 344 (1902). — 8) A. Viehoever, Ber. botan. Ges., 31, 285 (1913). Zentr. Bakt., 39, 209 (1913). Frühere Angabek über ver- schiedene Harnstoffbacterien: A. Ladureau, Compt. rend., 99, 877 (1884). Halle, Jnsts Jahresber. (1894), I, 493 für Bact. coli; Zopfs Beitr., I (1892); Lundström, Kochs Jahresber. (1891), p. 260 (Staphylococcus); A. Brodmeyer, Zentr. Bakt., I, 18, 380 (1895). noRowiTZ, Ann. Inst. Pasteur, 30, 307 (1916) für Proteus vulgaris. — 9) Beijerinck, Zentr. Bakt., II, 7, 33 (1901); Düggeli, Naturw. Woch.schr., 14, 305 (1915). 170 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. das Wachstum von neuem anregen. Unter den Harnstoffbactericn sind sowohl anaerobe als aerobe Formen bekannt (1). Nach den Untersuchungen von Viehoever ist Bac. probatus mixo- troph und vermag zur Not sich seinen Kohlenstoff aus dem Ammonium- carbonat zu beschaffen. Doch ist die Darreichung von Aminosäuren oder Pepton, wie schon Miquel fand, außerordentlich fördernd. Dabei genügt nach SÖHXGEN (2) die Hinzufügung von Kohlenhydrat oder organisch- saurem Salz zum Harnstoff; Eiweißstickstoff ist nicht nötig. Nach Aubel und Colin (3) hat Zuckergegenwart bei den eigentlichen Harnstoffbacterien auf die Harnstoff Spaltung keinen wesentlichen Einfluß. Für bestimmte Harnstoffbacterien beobachtete E. Kohn in meinem Laboratorium eine Wachstumshemmung, sobald der Glucosegehalt der Lösung 2% überstieg. In dieser Hinsicht ist es von großem Interesse, daß Viehoever bei Harn- stoffbacterien die Fähigkeit festshellen konnte, Ammoniak zu Nitrit zu oxydieren, denn auch Reinkulturen von Nitrosobacterien werden durch Zucker leicht gehemmt. Die nitrifizierenden und harnstoffvergärenden Bacterien teilen endlich nach Christensen (4) noch die Eigentümlichkeit, daß sie durch Humusstoffe in ihrer Gärungstätigkeit stark angeregt werden. Die Spaltung des Harnstoffes unter Wasseraufnahme in Kohlensäure und Ammoniak nach der Gleichung NHg • CO • NHg -f HgO = COg + 2NH3+ Energie liefert bedeutend weniger freie Energie mit 102 Calorien gegenüber der Alkoholgärung mit 429 Calorien. Gelöster Harnstoff leistet bei seiner Umwandlung in gelöstes Ammoniumcarbonat nach Berthelot und Petit (5) eine Wärmeentwicklung von 60—80 Calorien, je nach der Konzentration. Der relativ sehr bedeutende Umsatz von Harnstoff, von dem nur der allergeringste Teil zum Aufbau von Bacterienleibessubstanz ver- wendet wird, spricht trotz der geringfügigen Wärmetönung des Prozesses dafür, daß die Bacterien die frei werdende Energie ausnutze;!. Daß die Bacterien auch ohne Harnstoff in Ammoniumcarbonat gut wachsen, kann nicht als Gegengrund gegen diese Ansicht verwendet werden. Inwieweit die von Viehoever aufgefundene Oxydation des Ammoniak zu Nitrit als Energiegewinn eine Bedeutung hat, muß erst durch weitere Untersuchung gezeigt werden. Die Harnstoff Spaltung wird von den Bacterien mit Hilfe eines Enzyms vollzogen, der Urease, welche nach Beijerincks Feststellungen den Endo- enzymen zuzurechnen ist. Auf die Existenz eines Enzyms, welches Harn- stoff hydrolysiert und welches von den Harnstoffgärung erregenden Bacterien produziert wird, deuteten schon Versuche von Musculus hin. Später ver- suchten Sheridan Lea (6) sowie Leube die Isolierung des fraglichen Enzyms, ohne es von den Bacterien abtrennen zu können. Miquel legte sodann in einer längeren Untersuchungsreihe dar, daß es ihm gelungen sei, die Urease durch Filtration durch Chamberland- Kerzen von den Bacterien zu trennen. Diese Enzymlösung ist nach Miquel gegen höhere Temperaturen sowie gegen Alkoholfällung, sogar gegen Zutritt des Luftsauerstoffes sehr empfindlich. Beijerinck konnte aber die Resultate von Miquel nicht be- stätigen, und er meint, Miquel sei durch schadhafte Filterkerzen, welche 1) K. SiMONSON, Diss. Zürich (1911); R. Burri, Chem.-Ztg., j6, 841 (1912); Vgl. auch Geilinger, Zentr. Bakt., II, 47, 245 (1917). —2) N. L. Söhngen, Zentr. Bakt, II, 23, 91 (1909); Verslag kgl. Akad. Amsterdam, 31. Okt. 1908. — 3) Aubel u. Colin, Compt. rend. Soc. biol., 78, 174 (1915). — 4) H. R. Christensen, Zentr. Bakt, II, 24, 130 (1909); 27, 336 (1910). — 5) Berthelot u. Petit, Ann. Chim. et Phys. (6). 20, 13 (1890). — 6) A. Sheridan Lea, Journ. of Physiol. (6), 10, 136 (1886). § 4, Die bacterielle Harnstoffspaltung (Hamstoffgärung). 171 allmählich die Bacterien selbst bei der Filtration hindurchtreten ließen, getäuscht worden. Das Enzym sei vielmehr auf diesem Wege von den Bac- terien nicht abtrennbar. Damit stimmen auch die Angaben von Moll. Die Existenz der Urease ist aber auch nach Beijerinck erwiesen, da Chloro- formdampf die Bacterien bald tötet, ohne die harnstoffspaltende Wirkung des Präparates zu schädigen, und sich durch Alkoholfällung jahrelang wirk- sam bleibende Trockenpräparate frei von lebenden Bacterien erhalten lassen. Jacob Y (1) gewann sehr einfach und sicher Ureasepräparate durch schnelles Trocknen abgetöteter Bacterienkulturen. Nach den Untersuchungen von Armstrong (2) ist die Ureasewirkung streng auf Harnstoff eingeschränkt; Methylharnstoff und andere Harnstoffderivate werden nicht angegriffen. In diesen Arbeiten sind auch „Angaben über Kinetik der Reaktion, accele- rierende und hemmende Einflüsse einzusehen. Aldehyde hemmen die Urease ausgesprochen. Die Herkunft der von Salkowski (3) bei der ammoniakalischen Harn- gärung konstatierten Essigsäure, Butter- und Propionsäure ist noch unbe- stimmt. Der chemisch wichtige Übergang von Ammoniumcyanat in Harn- stoff (4), der reversibel ist, hat bisher noch keine biochemische Bedeutung erlangt. Auf die Bestimmung des Harnstoffes, die in allen Handbüchern ausführlich behandelt wird, kann hier nicht eingegangen werden (5). Unter den neueren Methoden ist die Harnstoffbestimmung mittels Soja-Urease hervorzuheben (6). Anhang : Spaltung von Harnsäure und Hippursäure durch Bacterien. Die in tierischen Exkreten neben Harnstoff reichlich abgeschiedene Harnsäure wird von Mikroben im natürlichen Kreislaufe der Stoffe ebenfalls rasch zersetzt. L. und F. Sestini (7), welche sich zuerst bacteriologisch mit diesen Vorgängen befaßten, beschrieben ,,Bacter. ureae" und Bac. fluorescens als an diesen Prozessen beteiligt. Ulpiani und Cingolani (8) haben den spezifischen Erreger der Harnsäuregärung als Bact. acidi urici beschrieben. Der in der letzten Arbeit über Harnsäuregärung von Liebert (9) 1) M. Jacoby, Biochem. Ztsch., 84, 354 (1917); 85, 358 (1918). — 2) H. E. Armstrong u. E. Horton, Proceed. Roy. See. B, 85, 109 (1912); 86, 328 (1913). Über Urease vgl. auch van Slyke, Pröc. Roy. Soc. Exp. Biol., 11, 155 (1914). Jonrn. Biol. Chem., 28, 391 (1916). Falk, Ebenda, 28, 389 (1917). Euler, Biochem. Ztsch., gy, 113 (1919). — 3) E. Salkowski, Ztsch. physiol. Chem., 13, 264. — 4) Hierzu: R. Escales, Chem.-Ztg., 35, 695 (1911). D. F. Chattaway, Journ. Chem. Soc, loi, 170 (1912). E. Walker, Proceed. Roy. Soc, A, 87, 539 (1912). G. N. Lewis u. Burrows, Journ. Am. Chem. Soc, 34, 1515 (1912). A. S. Wheeler, Ebenda, p. 1269. — 5) Vgl. E. Salkowski. Arbeit, pathol. Inst. Berlin 1906. K. Spiro, Hofmeist. Beitr., 9, 481 (1907). B. Glassmann, Ber. chem. Ges., 39, 705 (1906). M. Kroch, Ztsch. physiol. Chem., 84, 379 (1913). J. A. Milroy, Biochem. Journ., 7, 399 (1913). H. T. Ras müssen, Skand. Arch. Physiol, jo, 191 (1913). V. V. Cordier, Monatsh. Chem., 33, 759 (1912). Harnstoff chemie: P. Rona, Biochem. Handlex. von Abderhalden, 4, 765 (1911). Zemplen, Ebenda, 9, 167 (1916); GoRTNER, Biochem. ßull., 3, 468 (1914). — 6) Plimmer, Biochem. Journ., 8, 70 (1914). Rose u. Coleman, Biochem. Bull., j, 411 (1914). van Slyke u. Collen, Journ. Biol. Chem., 24, 117 (1916). Fiske, Ebenda, 23, 466 (1915); HoR- VATH u. Kadletz, Dcutsche med. Woch.schr., 42, 414 (1916); Boorsma, Tijdskr. Genesk. Ned. Ind., 56, 351. Fosse, Compt. rend., 157, 948 (1913); 158, 1076, 1432, 1688 (1914); 759, 253 (1914); Ann. Inst. Pasteur, 30, 225 (1916) fällt den Harnstoff als unlösl. Dixanthylverbindung. — 7) L. u. F. Sestini^ Landw. Vers.stat., 38, 167 (1890). Burri, Herfeldt u. Stutzer, Journ. f. Landw. (1894), p. 329. — 8) C. Ulpiani, Gazz. chim. ital., 33, II, 93 (1903). M. Cingolani, Ebenda, p. 98. — 9) F. Liebert, Akad. Amsterdam, 6. Mai 1909. 172 Füufunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. angegebene Bac. acidi urici ist anaerob, während nach diesem Autor die aerobe Harnsäuregärung diu*ch Bac. fluorescens Hquefaciens und non liquefaciens sowie Bact. calco-aceticum in neutralem bis schwach saurem Medium, durch Urobacterium MuscuU und ein neues Bacterium in alkahschen Medien erzeugt wird. Jedenfalls können auch Erdbodenpilze an der Ver- arbeitung der Harnsäure in der Natur teilnehmen. Durch die genahnten Arbeiten sowie durch Gerard (1) ist gezeigt worden, daß der Abbau der Harnsäure über die Bildung von Harnstoff führt. Da nun im tierischen Stoffwechsel diu>ch die Untersuchungen von WiECHOWSKi (2) die Überführung der Harnsäure in Allantoin nachgewiesen ist, so war zu erwarten, daß auch der bacterielle Harnsäureabbau intermediär Allantoin liefert. Liebert konnte dies in der Tat nachweisen. Entsprechend seiner Konstitution als Diureid der Glyoxylsäure geht das Allantoin beim weiteren Abbau über in Glyoxylsäure und Harnstoff, wovon die erstere rasch Oxalsäure ergibt: Harnsäure: NH-CO CO C . NH NH . C . NH >co Allantoin (+ CO^ -f-HgO + O NH2COH.NH 12H2O ^ CO CO ^ NH-C NH Glyoxylsäure COH I +2 COOH Harnstoff NH CO NH2 + 0 COOH ^ COOH Oxalsäure Harnstoff NH, + 2 CO NH, Nachdem es für den tierischen Stoffwechsel erwiesen ist, daß sowohl Bildung als Abbau der Harnsäure sich durch Vermittlung oxydierender Fermente vollzieht (3), so darf ein uricolytisches Enzym auch für den mikrobischen Harnsäureabbau vermutet werden. In der Tat wird von Kossowicz (4) mitgeteilt, daß die Kulturflüssigkeit und der Pilzbrei von verschiedenen Schimmelpilzen, mit Toluol und Harnsäure stehen gelassen, Harnsäure spaltet. Das Enzym ließ sich durch Alkohol fällen. Ulpiani und CiNGOLANi (5) isolierten ein Bacterium aus Taubenkot, welches Harn- säure nicht angreift, wohl aber Guanin in Guanidin, Harnstoff und COj zerlegt. Man darf wohl an ein Enzym denken, welches der Guanase aus Hefe analog wirkt (6). Eine Xanthinoxydase oder Adenase findet sich in der Hefe nicht. Zweifellos werden die von Pyrimidin und Pin-in abzuleitenden Nucleinbasen: Thymin, Cytosin, Guanin und Adenin, aber auch die desami- dierten Oxydationsprodukte derselben: das Uracil, Xanthin und Hypo- xanthin von Mikroben durch Enzyme: „Nucleooxydasen" weiter oxydativ gespalten unter Bildung von Harnstoff, doch ist über diese Vorgänge noch äußerst wenig bekannt. Man darf nur vermuten, daß die Verhältnisse 1) E. Gerard, Compt. rend., 122, 1019; 123, 185(1896). — 2) W. Wiechowski, Biochem. Ztsch., 25, 431 (1910); Hofmeist. Beitr., 9, 295 (1907); 11, 109 ^1907). K. Ascher, Biochem. Ztsch. 26, 370 (1910). — 3) Lit. G. Galeotti, Biochem. Ztsch-, 30, 376 (1911). F. Battelli u. Stern, Ebenda, 19, 219 (1909); A. Schitten- HELM, Ztsch. phvsiol. ehem., 45, 121 (1905); M. Almagia, Hofmeist. Beitr., 7, 459 (1906); W. WiECHOWSKi u. H. Wiener, Ebenda, 9, 247 (1907). A. Schulz, Biochem. Ztsch., 48, 86 (1912). A. E. Austin, Joum. Med. Res., 15, 309; j6, 71 (1907). Zerstörung durch verschiedene Enzympräparate aus Pflanzen: G. Berti, Biochem. e Terap. Sper., 2, 266 (1911). — 4) A. Kossowicz, Ztsch. Gär.physiol., i, 121 u. 317 (1912). — 5) C. Ulpiani u. M. Cingolani, Acc. Line. Rom. (5), 14, II, 596 (1906). — 6) Vgl. M. N. Straüghn u. W. Jones, Journ. biol. Chem., 6, 245 (1909). § 5. Nitratreduktion und Nitratgärung durch Bacterien. Denitrifikation. 173 jenen ähnlich hegen, die man vom tierischen Organismus bereits kennen gelernt hat (1). Wenigstens biologisch benachbart steht zu diesen Fragen die Ver- arbeitung der im Herbivorenharn massenhaft gelieferten Hippursäure oder Benzoylaminoessigsäure. Diese von van Tieghem bei harnstoffspaltenden Bacterien zuerst beobachtete Umsetzung hat Hoppe- Seyler (2), sowie die Spaltung der Taurocholsäure in Cholsäure und Taurin auf enzymatische Prozesse zurückgeführt. Nach Yoshimura (3) erfolgt die Umwandlung der Hippursäure durch Mikroben an der Bodenoberfläche weit schneller als im Untergrund. Über das biologische Verhältnis dieser Harnbestandteile zu den Kulturgewächsen hat Thomson (4) einige Mitteilungen gemacht. § 5. Nitratreduktion und Nitratgärung durch Bacterien. Denitrifikation (5). Während für viele Bacterien Nitrate durchaus ungenügende Nahrungs- bestandteile darstellen, werden die salpetersauren Salze durch zahlreiche andere Bacterienformen nicht nur als Stickstoffquelle, sondern auch als Energiequelle ausgenutzt. Diese Bedeutung als Betriebsenergiequelle tritt in manchen Fällen so stark in den Vordergrund, daß außerordentlich große Mengen von Nitrat umgesetzt werden, und man wegen der unter starkem Schäumen der Nährlösung erfolgenden Stickstoffentwicklung geradezu von Nitratgärung zu sprechen pflegt. Für letztere unter totaler Abgabe des Nitratstickstoffes verlaufenden Prozesse ist die Benennung „Denitrifikation" üblich und man schränkt diese Bezeichnung auf jene bestimmte Art der Nitratzersetzung ein. Nitrate werden jedoch nicht bloß in dieser Art im Betriebsstoffwechsel von Bacterien umgesetzt, sondern erleiden noch andere Formen von Veränderungen: Reduktion zu Nitrit und Reduktion zu Ammoniak. Diese Vorgänge würden sich in gewisser Hinsicht der Besprechung der Sauerstoff gewinnung auf Kosten chemisch gebundenen Sauerstoffes anreihen lassen, doch steht die Funktion der Stickstof f beschaff ung zur Formierung der Bacterienleibessubstanzen so sehr im Vordergrunde (6), daß es gerechtfertigt ist, diese Reduktionsr Vorgänge im Rahmen der Stickstoffbeschaffung zu betrachten. Reduktion von Nitraten zu Nitriten durch Bj^cterien be- obachtete wahrscheinlich zuerst 1868 Schoenbein (7), und später wurde durch Meusel, Springer, Frankland, und besonders Gayon und Düpetit die Aufmerksamkeit auf solche Reduktionsvorgänge gelenkt (8). Bei den auf keimenden Samen sich ansiedelnden Bacterien wurde die Nitrat- reduktion und Nitritbildung von Jorissen und von Laurent bemerkt (9). 1) Hierzu: A. Schittenhelm, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., j, I, p. 420 (1910). — 2) Hoppe-Seylee, Pflüg. Arch., 12, 1. — 3) IL Yoshimura, Bull. CoU. Agr. Tokyo, 2, 221 (1895). 0. Loew, Ebenda, p. 223. — 4) Mag. A. Thomson, Chem. Zentr. (1901), II, 556. — 5) Lit. Hj. Jensen, Lafars Handb. techn. Mykol., 3, 182 (1904). Bahn, Jahresber. ang. Botan., 3, 137 (1906). — 6) Vgl. M. Klaeser, Bar. botan. Gres., 32, 58 (1914). — 7) Schoenbein, Joorn. prakt. ehem., 105, (1868); Griessmayer, Ber. ehem. Gres., 9, 835 (1876). — 8) E. Meusel, Ebenda, 8, 1214 (1875); Compt. rend., *o, 533 (1875). A. Springer, Ber. chem. Ges., 16, 1228 (1883). P. J. Frankland, Chem. News, 57, 89 (1888). Gayon u. Dupetit, Compt. rend., 95, 1365 (1882). — 9) A. Jorissen, Ber. ehem. Ges., 18, Ret p. 78 (1885). E. Laurent, BuU. Ac. Roy. Belg., 10, 38 (1886), 174 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. Bereits Frankland machte einige spezielle Bacterienformen als starke Nitritbildner namhaft. Petri (1) entdeckte die Nitritbildung bei dem Erreger der asiatischen Cholera. Laurent (2) sah, wie stark Luftabschluß den Nitritbildungsprozeß fördern kann, und daß Nitritbildung bei manchen ausgesprochenen Aeroben wie subtilis oder mesentericus nicht nachzu- weisen ist. Über die Verbreitung der Nitritbildung machte sodann DiEUDONNE (3) ausführlichere Angaben, ferner Jensen (4) über Nitrit- bildung durch Bact. coli, typhi und Choleravibrio, sowie durch viele andere Erd- und Wasserbacterien. Weitere Fälle von Nitritbildung be- treffen Bac. tartricus (5), Bacterien aus umgeschlagenem Wein (6), Essig- bacterien (7), Bac. megatherium (8) u. a. Auch B. proteus ist ein Nitritbildner (9). Bac. morulans, eine pathogene Mikrobe der Zucker- rübe, reduziert ebenfalls nach Boncquet (1 0) die in der Wurzel ent- haltenen Nitrate. Maassen (11) dem wir die eingehendsten Unter- suchungen über die Verbreitung der Bildung von Nitrit aus Nitrat ver- danken, stellte bei 85 von 109 untersuchten Arten diese Fähigkeit fest; die Nitritbildung schien öfters von Kulturbedingungen abzuhängen. Sehr kräftige Nitritbildung zeigte Bac. pyocyaneus. Zusatz von mehrwertigen Alkoholen, Kohlenhydraten schien allgemein die Nitritbildung zu be- günstigen. Die Nitratreduktion durch Meeresbacterien wurde durch Gran und Baur studiert (12). Als Nitritreagentien wurden von Lunkewicz (13) und Dieudonne das von I. Cosvay modifizierte GRiESSsche Reagens angewendet: 0,1 a-Naph- thylamin, 20 Wasser, 150 vd. Essigsäure; andererseits 0,5 Sulfanilsäure auf 150 vd. Essigsäure. Die Lösungen werden vor dem Gebrauche zu gleichen Teilen gemischt. Dieses Reagens gibt mit salpetriger Säure eine sehr empfind- liche tiefrote Farbenreaktion. Statt des „roten GRiESSschen Reagens" läßt sich das „gelbe GRiESSsche Reagens"iMetaphenylendiamin, anwenden (14) oder nachMELD0LA(15) p-Aminobenzol-azodimethylanilin, womit man eine blaue Farbenreaktion erhält. Auch die Gelbfärbung von Nitriten mit Ferro- cyankalium- Essigsäure (ScHAEFFERsche Probe) (16) oder die Blaufärbung von Indigotin, welches vorher mit HCl und Natriumthiosulfat entfärbt worden ist, nach Schoenbein, oder die bekannte Jodkaliumstärkereaktion in Gegenwart von Schwefelsäure sind verwendbar, vorausgesetzt, daß die Kulturflüssigkeit keine anderen leicht oxydierenden Stoffe, wie Ferrisalze usw. 1) R. J. Petri, Zentr. Bakt., 5, Nr. 17 (1889); Nr. 13, p. 457. Mn. Chwi- LEWSKY, Arch. Hyg., y6, 401 (1913); J. Chukevich, Arch. Sei. Biol. Petersb., 13, 76 (1910). — 2) Laurent, Ann. Inst. Pasteur, 4, 722 (1890). H. Kühl, Zentr. Bakt., II, '20, 258 (1908); P. Maze, Ann. Pasteur, 25, 289 (1911); H. v. Caron, Zentr. Bakt., jj, 63 (1912). — 3) Dieudonne, Arb. Kais. Ges.amt, jx, 508 (1895). Klaeser, Zentr. Bakt., II, 41, 365 (1914). — 4) Hj. Jensen, Zentr. Bakt., II, 4, 401 (1898); für coli auch: F. DuchaÖeck, Biochem. Zentr., 4, Nr. 1223. W. B. Wherry, Bur. Gov. Lab. Public. (1906), Nr. 31, II, Manila. Verschiedene pathogene Darmbacterien: E. Pelz, Zentr. Bakt, I, 57, 1 (1911). Dysenteriemikroben: W. T. LoGiE, Journ. of Pathol. and Bact., 14, 146 (1909). — 5) L. Grimbert u. L. Ficquet, Journ. Pharm, et Chim. (6), 7, Nr. 3 (1898). — 6) F. Bordas. Joulin u. de Racz- KOWSKi, Compt. rend., 126, 1050, 1443 (1898). — 7) W. Seifert, Kochs Jahresber. (1898), p. 160. — 8) J. Stoklasa, Zentr. Bakt., II, 4, 284 (1898). Streptothrix chromo«'enes: Beijerinck, Ebenda, 6, 8 (1900); Darmbacterien: C. A. Herter, Journ. Biol. Chem., 4, 239 (1908). E. Crespolant. Chem. Zentr. 1905, II, 1811. — 9) HoROWiTZ, Ann. Inst. Pasteur, 30, 307 (1916). — 10) Bonquet, Journ. Amer. Chem. Soc, JÄ, 2572 (1916). —11) A. Maassen, Arb. Kais. Ges.amt., 18, 21 (1901). — 12) H. Gran, Bergens Museums Aarbog 1901; Baur, Wiss. Meeresunters., 6, Heft IX. Kiel 1902. — 13) LuUkewicz, Zentr. Bakt., j6, 945 (1894). — 14) C. Wurster, Ber. ehem. Ges., 22, 1909 (1889). — 15) R. Meldola, Ebenda, 16, 256 (1884). — 16) Deventer, Ebenda, 26, 589 (1893). § 5. Nitratreduktion und Nitratgärung durch Bacterien. Denitrifikation. 175 enthält. Die „Cholerarotreaktion" ist mit der Nitritprobe mit Indol-Salz- säure identisch und gehngt in vielen der obigen Fälle deshalb, weil Nitrit und Indol gleichzeitig in der Kulturflüssigkeit zugegen sind (1). Geel- MUYDEN (2) hat auf die GRiESSsche Probe ein colorimetrisches Verfahren zur Bestimmung kleiner Nitritmengen im Seewasser begründet. Die Lehre von der Niträtreduktion unter Nitritbildung enthält noch manche unklare Punkte. Vor allem ist es nötig, kritischer als bisher sicherzustellen, daß alles vorgefundene Nitrit tatsächlich aus Nitrat stammt, und nicht, wie es teilweise der Fall zu sein scheint, durch Oxydation aus Ammoniak hervorgeht. So fand Mazzetti (3) durch Cholera- vibrionen mehr Nitrit gebildet, als dem zugesetzten Nitrat entsprach. Das gleiche gilt übrigens auch von der Nitritbildung in Zellen höherer Pilze und Phanerogamen (4). Nach Klaeser (5) vertragen einzelne Bacterien bei Gegenwart von Pepton bis 4Vo Nitrit (subtilis und tumescens). Dieser Autor, der Nitritbildung in 27 von 28 untersuchten Fällen nachweisen konnte, meint, daß Nitritbildung und Nitratreduktion zu Ammoniak her- vorragend durch die Reaktion der Nährlösung beeinflußt werde, so daß bei alkalischer Reaktion vorzugsweise Nitrit entsteht, bei saurer Ammoniak. Die elektrolytische Reduktion von Nitrat zu Nitrit geschieht bei alkalischer Reaktion (6). Laurent (7) hat die Nitratreduktion durch Lichtwirkung näher studiert. Bemerkenswert ist es auch, daß Bac. Pneumoniae, wie Löhnis (8) fand, gleichzeitig Nitrat assimiliert und Nitrit bildet, wobei die gegen- seitige Stellung beider Prozesse recht unbestimmt bleibt. 2. Die Reduktion der Nitrate unter Bildung von Am- moniak scheint unter diesen Verhältnissen gleichfalls erneuter Unter- suchungen zu bedürfen. Nach Beijerinck und van Delden(9) kann man bei Azbtobacter chroococcum Ammoniakbildung aus Nitrat nach- weisen unter intermediärer Entstehung von Nitrit, ein recht selten bei Bacterien beobachteter Vorgang. Marchal (1 0) hatte für Bac. mycoides Bildung von Nitrit und Ammoniak aus Zucker-Nitratnährlösung angegeben, und schon früher hatte Muntz(ii) die Existenz solcher Ammoniak bildender Mikroben im Ackerboden vermutet. Nach den Angaben von Fichtenholz (12) soll Bac. subtilis imstande sein, bei Kultur auf Nitrit- lösung Ammoniak zu bilden. Crespolani (1 3) nahm an, daß bei Fäulnis successive Reduktion von Nitrat zu Nitrit und Ammoniak stattfinde. Vielleicht gehören auch die von Gerlach und Vogel (14) als „eiweiß- 1) Die Cholerarotreaktion, die für den Choleravibrio nicht charakteristisch ist, sondern auch bei anderen Bacterien auftritt, wurde durch Poehl entdeckt; vgl. Salkowski, Virch. (Arch., loo, 366; Brieger, Deutsche med. Woch.schr. (1887), p. 303 u. 469, gelang es aus dem violetten Farbstoff durch Zinkstaubreduktion Indol zu gewinnen, und so die Parallele mit der bekannten Nitrosoindolprobe (Nencki, Ber. ehem. Ges., 8, 727) herzustellen. Auch Maassen, 1. c. — 2) Geelmuyden, Biochem. Zentr. (1903), Ref. 914. Standard-Methode zur Bestimmung der Nitrat- reduktion: Breed, Zentr. Bakt., II, 45, 374 (1916). — 3) L. Mazzetti, Zentr. Bakt., I, 68, 129 (1913). Maze, Compt. rend., 152, 1624 (1911). 0. Baudisch, Ber. ehem. Ges., 49, 1148 (1916). — 4) Vgl. Maze, Compt. rend., 153. 357 (1911); Ann. Pasteur, 25, 289 (1911). — 5) M. Klaeser, Ber. botan. Ges., 32, 58 (1914). — 6) E. Müller u. F. Spitzer, Ztsch. f. Elektrochem., 11, 509 (1905). — 7) E. Lau- rent, Rec. Trav. Inst. Bot. Bruxelles, 2. 27 u. 47 (1906). — 8) F. Löhnis, Zentr. Bakt, II, 14, 582 (1905). — 9) Beijerinck u. van Delden. Ebenda, 9, 41 (1902). — 10) E. Marchal. Ebenda, i, 758 (1895). — 11) A. Muntz, Compt. rend., iio, 1206. — 12) A. Fichtenholz, Compt. rend., 128, 442 (1899). Für Proteus vgl. Horowitz, 1. c. — 13) E. Crespolani, Boll. Chim. Farm., 44, 697 (1905). — 14) Gerlach u. Vogel, Zentr. Bakt., 7, 609 (1901). 176 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. bildende Bacterien" beschriebenen Formen hierher, welche den Gesamt-N aus Niitrat als Eiweiß-N festhalten, wobei intermediäre Reduktion zu NH3 -Stickstoff erfolgen muß. Stoklasa und Vitek(I) machten eine größere Anzahl von Bacterien, darunter Bac. subtilis, mesentericus, my- coides, Clostridium gelatinosum, als solche namhaft, die unter Darreichung von Kohlenhydraten und organischen Säuren als C-Quelle Nitrat in NH3 überführen. Alle diese Fälle müssen hier unter Vorbehalt zusammen- gestellt werden, da man nicht weiß, inwiefern sie zusammengehören und inwieweit die Nitritbildung mit der Ammoniakbildung zusammenhängt. Daß der in der anaeroben Atmung gebildete Alkohol als Reduktionsmittel bei der Erzeugung von Ammoniak aus Nitrat in Betrsicht kommt, wie Stoklasa annahm, ist durch nichts bewiesen. 3- Reduktion von Nitraten unter Freiwerden von Stick- stoff; Nitratgärung oder Denitrifikation. Daß bei der Zersetzung organischer Stoffe im Boden gasförmiger Stickstoff entwickelt werde, wurde schon von Davy(2) berichtet und von anderen Forschern bald bestätigt. Die meisten älteren Autoren, wie Dietzell (3), faßten diese Erscheinung als rein chemische Reaktion zwischen Nitrit und Amino- säuren im Boden auf. Manche Widersprüche entstanden durch unzu- reichende Scheidung dieser Zersetzungsprozesse von der Eiweißfäulnis, bei der genaue Untersuchungen kein Entstehen von freien N feststellen konnten. [Kellner und Yoshii, Tacke (4)]. Gayon und Düpetit(5) erkannten 1882 zuerst, daß Nitrate unter N-Eutwicklung durch Bacterien zersetzt werden. Deherain und Maquenne(6) machten die wichtige Beobachtung, daß die Nitratzersetzung in der Ackererde nur in sauer- stofffreier Atmosphäre erfolgt, und Reichtum des Bodens an organischen Substanzen eine Vorbedingung ist. Erhitzen der Erde oder Impräg- nierung derselben mit Chloroform hemmt den Prozeß. Schließlich stellten die genauen Untersuchungen von Ehrenberg (7) außer Zweifel, daß eine bacterielle Nitratzersetzung unter reichlicher Entbindung von freiem Stickstoff existiert, konform den Ausführungen von Tacke, der solche Prozesse gleichfalls feststellte. Trotz dieser bindenden Hinweise auf mikrobische Nitratzerstörung im Boden sind die Stimmen zugunsten des Vorkommens rein chemischen Nitratabbaues, der auch im sterilen Boden unter Vermittlung der Bodenkolloide erfolgen solle, nicht verstummt (8). Man könnte, wie es manche Forscher vorschlugen (9), unter Zugrunde- legung der Annahme, daß aus anderweitig gebildetem Ammoniak und Nitrit die bekannte Spaltungsreaktion unter Stickstoff entwickln ng resultiert, eine indirekte Denitrifikation von der wahren mikrobischen Nitratgärung unterscheiden. Doch erscheinen mir alle angegebenen Fälle von nicht 1) J. Stoklasa u. E. Vitek, Zentr. Bakt., 7, 102 (1901). — 2) H. Davt. Element, d. Agrikult. Chem. (1814), p. 309. Muldek, Chem. d. Ackerkrume, II, 189. — 3) Dietzell, Biedermann, Zentr. Agrikult. Chem., 11, 417 (1882). — 4) 0. Kellner u. Yoshii, Ztsch. phvsiol. Chem., 11, 95 (1886). C. Oppenheimer, Ebenda, 41, 3 (1904). Br. Tacke, Landw. Jahrb., 16, 917 (1888). Chem. Zentr. (1886), p. 939. Widerlegt ist die Angabe von Gibson [Wollnys Forsch. Agrik. Phys. (1895), p. 106] über N-Entwicklung bei Fleischfäulnis. — 5) Gayon u. Dupetit, Compt. rendL, 95, 644 (1882). — 6) P. Deherain n. Maquenne, Ann. Agronom. (1883), p. 5. — 7) A. Ehrenbehg, Ztsch. physiol. Chem., jj, 145 u. 438 (1886). — 8) Vgl. J. Vogel, Zentr. Bakt.. II, 34, 540 (1912); Land». Vers.stät., 7«. 265 (1912); Die Naturwiss., 2, 48 (1914). — 9) A. Boutron, Les Bacteries denitrifiantes. Paris 1904- L. Grimbert u. Bacros, Soc. BioL, 66, 760 (1909). Journ. Pharm, et Chim. (6), 30, 5 (1909). § 5. Nitratreduktion und Nitratgärung durch Bacterien. Denitrifikation. 177 mikrobischer Nitratzersetzung recht fraglich hinsichtlich ihrer Bedeutung für den Stoffwechsel des Ackerbodens. 1886 waren Gayon und Düpetit(i) imstande, zwei anaerobe Bacterien, Bact. denitrificans a und ß, aus Ackerboden zu isolieren, welche beide Nitrate unter N-Entwicklung zersetzen. Ehrenberg konnte bestätigen, daß reichlicher Sauerstoffzutritt die Denitrifikation sistiert. Daß jedoch entgegen der Meinung von Deh^rain zur Nitratgärung völliger Sauerstoffabschluß nicht nötig ist, ergaben die Erfahrungen von Tacke. Unter den folgenden bestätigenden Arbeiten von Leone, Breal, Immendorff, Giltay und Aberson(2) war besonders die Untersuchung der letzterwähnten holländischen Forscher von großer Bedeutung. Sie kultivierten die beiden Mikroben von Gayon und Dupetit in einer Nährlösung von 2 g KNO3, 1 g Asparagin, 2 g MgSO^, 5 g Citronensäure, 2 g KH2PO, 0,2 g CaClg und einigen Tropfen FeCla auf 1 1 Wasser. In dieser Lösung konnte unter Luftabschluß annähernd der gesamte Nitrat-N in Stickstoffgas übergeführt werden. Weiter zeigte sich, daß das bei Aspa- ragin darreichung auftretende Ammoniak nicht gebildet wird, wenn man statt Asparagin Zucker darreicht. Giltay und Aberson führten weiter aus, daß man die Nitratgärung als physiologische Reduktion und als Energiequelle aufzulassen habe. Aus den folgenden Arbeiten von Wagner sowie Burri und Stutzer (3) ist insbesondere der Nachweis hervorzuheben, daß bei der Nitratgärung namhafte Mengen von freiem Alkali entstehen, die schließlich etwa bei einer 1 "/o Sotl^, entsprechenden Alkalescenz dem Prozesse ein Ende setzen. Gegen freie Säure sind alle Nitratgärer sehr empfindlich. Stutzer lenkte ferner die Aufmerksamkeit auf den Umstand, daß sich in der Gesellschaft der Salpetergärungsmikroben stets Nitritbildner auf- halten, denen er einen Anteil an dem Gesamtprozeß in der Weise zu- schreibt, daß bestimmte Denitrifikationsmikroben sich nur ip der Spaltung des Nitrits zu freiem Nj betätigen, während die Nitratreduktion durch Bact. coli und andere Nitritbildner besorgt wird. Übrigens wird nicht in Abrede gestellt, daß es auch Nitratgärungsmikroben gibt, die bei Luftabschluß Nitrat bis zu Stickstoff selbständig verarbeiten. Bei der Untersuchung zahlreicher Bacterien hinsichtlich der Fähigkeit der Salpetergärung fand Maassen unter 109 Arten nur 4, welche Nitrate immer unter Ng- Entwicklung zerlegten: Bac. fluorescens liquefaciens, B. fluorescens aus Blut, B. pyocyaneus und praepollens. Dies6 Formen waren unabhängig vom Nährmaterial wirksam ; 31 andere zerlegten Nitrate, wenn ihnen gleichzeitig Kohlenhydrat dargereicht wurde. Daß Pyocyaneus und andere Formen der Fluorescensreihe sehr wirksam sind, hat sich auch in späteren Untersuchungen bestätigt (4). Verschiedene andere Formen 1) Gayon u. Dupetit, Rech, sur la R6duct. Nitrat. Nancy 1886. — 2) J. Leone, Gazz. chim. ital., 20, 98 (1890); Ber. ehem. Ges., 23, 179 (Ref.) (1890). E. Br^al, Compt. rend., 114, 681 (1892). H. Immendorff, Landw. Jahrb., 21, 281 (1892); Joiun. f. Landw., 5^, 69 (1894). Frankland, Journ. Chem. Soc. (1888), p. 373. R. Warington, Ebenda, p. 727. E. Giltay u. G. Aberson, Arch. N6er- land, 25, 341 (1892). - 3) P. Wagner, Deutsche landw. Presse (1895), p. 62. R. Burri u. A. Stutzer, Zentr. Bakt., 15, 814 (1894). Journ. Landw. (1894), p. 329. Deutsche landw. Presse (1895), p. 385. Zentr. Bakt., II, i, 257 (1895). Stutzer u. Maul, Ebenda, 2, 473 (1896). — 4) Lehmann u. Neumann (1897). Sewerin, Zentr. Bakt., II, j, 510 (1897); 22, 348 (1909); 25, 479 (1909). H. Weisenberg, Arch. Hyg., jo, 274 (1897). E. B. Fred, Zentr. Bakt., II, 32, 421 (1911). 0. Künnemann, Landw. Vers.stat., 50, 65 (1898); H. R. Christensen, Zentr. Bakt., II, II, 190 (1904). Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 12 178 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. wurden aus Pferdemist (1 ), aus Rinderexkrementen, wie Bac. denitrificans agilis (2), erhalten, wozu noch einige aus Ackerboden isoUerte Arten kommen (3). Salpetergärung in der Melasse verursacht nach Henneberg (4) Bac. megatherioides. Ein thermophiles Denitrifikationsbacterium hat Ambroz beschrieben (5). Auch auf die denitrifizierenden Schwefelbacterien LiESKEs (6) sei hingewiesen. Aus dem Meerwasser der Ostsee sind von Baur (7) zwei neue Nitratgärer angegeben worden, Bact. actinopelte, welches auf Nitrate und Nitrite wirkt, und B. lobatum, welches nur Nitrite zersetzt. Drei weitere Formen, welche in der Ostsee bis zu 140 m Tiefe herabgehen, finden sich bei Parlandt (8) beschrieben. Über die häufigsten Formen, über methodische Angaben betreffs Anhäufung und Isolierung, wäre die Arbeit von Iterson (9) einzusehen. Hutchinson (1 0) hat auf die, offenbar infolge alkaUscher Reaktion ein- tretende krystallinische Abscheidung von basischem Magnesiumphosphat in den Kulturen der Nitratgärungsmikroben hingewiesen. Hinsichtlich der quantitativ-chemischen Methoden zur Untersuchung der Nitratgärung wird man bei Franzen und Löhmann(II) Anhaltspunkte finden. Der Einfluß des Luftzutrittes auf den Verlauf der Salpeterzersetzung ist Gegenstand vielfacher Untersuchungen gewesen. Die Autoren stimmen vvohl fast sämtlich darin überein, daß der Vorgang durch reichlichen Luft- zutritt verzögert zu werden pflegt, daß mäßiger Luftzutritt nicht hinderlich ist, sowie darin, daß die Denitrifikation auch bei völligem Luftabschluß vor sich gehen kann (12). Dabei ist nur von Reinkulturen die Rede, da in Misehvegetationen wie in der freien Natur aerobe nicht denitrifizierende Arten den Sauerstoffzutritt durch ihre Konkurrenz auch bei voller Lüftung unterbinden können. Infolge dieses Verhaltens hat besonders Jensen seiner Meinung dahin prägnanten Ausdruck gegeben, daß die denitrifizieren- den Bacterien ihren Sauerstoffbedarf allein durch Zersetzung von Nitraten decken können, und die Bacterien im Sinne der von Giltay und Aberson geäußerten Meinung den Salpeter als Energiequelle benützen. Daß nur die Reduktion des Salpeters zu Nitrit durch die Bacterien vermittelt wird und sekundär die Nitritzersetzung durch Reaktionen zwischen den Stoff- wechselprodukten stattfinde (13), ist wenig wahrscheinlich. Die denitrifi- zierenden Bacterien kommen in großer Menge in den oberen Bodenschichten vor, steigen jedoch manchmal noch reichlich bis zu mehr als 100 cm Boden- tiefe hinab (14). Mit der fakultativen Anaerobie der Mikroben hängt es auch 1) J. ScHiROKiKH, Zentr. Bakt., II, 2, 204 (1896). — 2) G. Ampola u. £. Garino, Ebenda, 3, 309 (1897). — 3) Hj. Jensen. Ebenda, 4, 406 (1898); 3, 622 (1897). M. Cingolani, Staz. Sper. Agr. ital., 41, 630 (1908); Ann. Staz. Chim. Agr. Sper. Roma (2), 2, 274 (1908). — 4) W. Henneberg, Landw. Jahrb., 38, Erg.bd. V, p. 329 (1909). Lemoigne, Compt. rend., 152, 1873 (1911). Die von Stoklasa, Zentr. Bakt., II, 5, 351 (1899) für Bac. megatherium behauptete Nitrat- reduktion wurde anderweitig nicht bestätigt. — 5) A. Ambroz, Zentr. Bakt., 37, 3 (1913). — 6) R. Lieske, Ber. botan. Ges., jo, p. (12), (1912); Sitz.ber. Heidelberg. Akad., B, 1912, Abh. 6. Hierzu: Gehring, Zentr. Bakt., II, 42, 402 (1914). — 7) E. Baur, Zentr. Bakt., II, 8, 537 (1902). K. Brandt, Beiheft bot. Zentr., 16, 383 (1904). D. Wegner, Diss. Berlin 1910. — 8) D. Parlandt, Bull. jard. bot. imp. St. Petersb. (1911), XI, 97. Bacterien aus Meereswattcnschlamm: H. Kühl, Zentr. Bakt., II, 20, 258 (1908). — 9) G. van Itersqn jun.. Ebenda, 0, 772(1902); 12, 106 (1904). C. Höflich, Ebenda, 8, 245 (1902). — 10) H. B. Hutchinson, Ebenda, 16, 326 (1906). — Nomenclatur der Nitratbacterien: J. G. Lipman, Bot. Gaz., 51, 454 (1911). — 11) H. Franzen u. E. Löhmann, Ztsch. physiol. Chem., 63, 52 (1909). — 12) Weissenberg, 1. c. u. Zentr. Bakt., II, 8, 166(1902). P. Deherain, Compt. rend., 124, 269 (1897); Hj. Jensen, 1. c; Stutzer u. Maul, Zentr. Bakt.. II, 2, 473 (1896). — 13/ K. Wolf, Hyg. Rdsch., 9, 538, 1169 (1899). — 14) St. v. Bazarewski, Neu. Jahrb. Mineralog. (1908), II, 186. § 5. Nitratreduktion und Nitratgärung durch Bacterien. Denitrifikation. 179 zusammen, daß relativ sehr feuchter Boden nur begünstigend auf die Nitrat- zersetzung wirkt (1), und auf Reisfeldern (2) sowie in Moorböden (3) sich allenthalben reichlich Denitrifikationsbacterien nachweisen lassen. Nach H. Fischer (4) ist auch in Teichen die Denitrifikation ein wichtiger Faktor, und es ließ sich als wichtigste Mikrobe Bact. fluorescens liquefaciens nach- weisen. Das Temperaturoptimum wird übereinstimmend mit 27—30° für die Denitrifikation angegeben. Dies hindert aber nach Barthel (5) nicht, daß im Erdboden auch während der kältesten Jahreszeit die Nitratzersetzung in großem Umfange fortdauert. Daß die Nitratgärungsmikroben zu ihrer Ernährung organischer Stoffe bedürfen, zeigten bereits die Versuche von Stutzer und Maul, und Deherain fand starke Förderung des Denitrifi- kationsprozesses bei Gegenwart von 0,25% Stärke. Jensen konstatierte, daß die Nitratgärung in Bouillon mit 0,3% KNO3 viel rascher erfolgt als in d6r GiLTAY-AßERSONschen Lösung. Jensen sowie Salzmann (6) fanden, daß verschiedene ein- und zweibasische organische Säuren, Oxal- säure aber nicht, von den Nitratgärungsbacterien als Kohlenstoffnahrung ausgenutzt werden. Hinsichtlich der Eignung des Zuckers bestand lange Zeit hindurch Unklarheit,' wohl infolge des Umstandes, daß man die Wichtigkeit der Darreichung einer organischen Stickstoffquelle nicht hinreichender Beachtung gewürdigt hatte. Jensen (7), mit dem auch Stutzer (8) wesent- lich übereinstimmt, fand, daß in Glucoselösung nur dann Denitrifikation eintritt, wenn gleichzeitig organische Säure, Fleischextrakt, Pepton oder Bouillon dargereicht wird. Ähnlich geben Grimbert und Bagfos (9) an, daß Kohlenhydrate die Denitrifikation hemmen, sobald man nicht für Aminostoffe vorsorgt. Auch Asparagin wirkt günstig (10). Unter solchen Verhältnissen kann man Zuckergegenwart nur als sehr förderlich für die Denitrifikation bezeichnen (11). Daß auch Cellulose als Kohlenstoff quölle für die Nitratgärer geeignet ist, geht aus den Erfahrungen von Pringsheim(12) hervor. Insofern kann Gegenwart von Stroh (13) oder die Gründüngung (14) einen Einfluß auf die Intensität der Nitratgärung entfalten. Manchei'seits hat man an einen schädlichen Einfluß der Denitrifikation im Ackerboden bei Darreichung von Salpeterdüngung gedacht (15). Doch 1) A. Koch u. H. Pettit, Zentr. Bakt., II, 26, 335 (1910). E. Giustiniani, Biedermanns Zentr. Agr. Chem.. 31, 1 (1802). Lemmermann u. Wichers, Zentr. Bakt., 4J, 608 (1914). Oelsner, Ebenda, 48. 210 (1918). — 2) G. Daikuhara u. T. Imaseki, Bull. Imp. Centr. Agr. Ex. Sta. Japan, i, 7 (1907). — 3) Hierzu: G. A. Ritter, Zentr. Bakt., II, 34, bll (1912). — Allgemeines über Denitrifikation im Ackerboden: F. S. Marr, Mitteil, landw. Inst. Breslau, 5, 639 (1910); L. Felsinger, Ztsch. landw. Vers.Wes., 14, 1039 (1911). Th. Arnd, Landw. Jahrb. 1916, p. 371: Gully, Landw. Jahrb. Bayern, 6, 1 (1916). — 4) H. Fischer, Habil.-Schrift, München 1916. — 5) Chr. Barthel, Zentr. Bakt., II, 2s, 108 (1909). — 6) P. Salzmann, Ebenda, *, 348 (1902). — 7) Hj. Jensen, Ebenda, 5, 716 (1899); 7, 637 (1901). — 8) A. Stutzer, Mitteil, landw. Inst. Breslau, Heft I (1899). Zentr. Bakt.. II, 7, 81, 639 (1901). — 9) L. Grimbert u. Bagros, Journ. Pharm, et Chim. (6), jo, 5 (1909). — 10) H. Fischer, Zentr. Bakt., II, 20, 256 (1908). — 11) H. v. Caron, Ebenda, jj, 63 (1912); Chr. Barthel, Ztsch. Gär-physiol., 4, 11 (1914); früher: W. Krüger u. W. Schneidewind, Landw. Jahrb., 28, 217 (1899); 2<), Heft 4/5 (1900). G. Ampola u. Ulpiani, Gazz. chim. ital., 28, I, 410. J. Stoklasa II. ViTEK, 1. c. p. 112. — 12) H. Pringsheim, Mitteil, deutsch, landw. Ges., 1912. — 13) Th. Tschirikow u. A. Schmuck, Ergebn. Veget. u. Labor. Versuche von Prianischnikow, Moskau 1913, p. 270. Wirkung von frischem und verrottetem Dünger: M. Ferguson u. E. B. Fred, Va. Agr. Ex. Sta. Rep. (1908), p. 134. Wright, Zentr. Bakt., II, 46, 74 (1916). Chinarindenabfälle: Nolte, Ebenda, 4g. 182 (1919). — 14) A. Bartels, Journ. f. Landw., 5*, 143 (1910). — 15) J. Stok- lasa, Zentr. Bakt., II, 77, 27 (1906). Th. Pfeiffer, L. Frank, Friedländer u. Ehrenberg, Mitteil, landw. Inst. Breslau, 4, 715 (1909). 12* 180 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. scheint es als ob solche unerwünschte Verluste an Salpeter-N nur bei abundanter organischer Düngung zu befürchten wären (1). Überdies wird Natronsalpeter weniger gut in der Nitratgärung zersetzt als Calciumnitrat (2). Für die praktische Landwirtschaft sind selbstredend bedeutende N- Verluste durch Salpetergärung nicht gleichgültig. So hat Lumia (3) die Frühdürre auf N-Mangel bei vorzeitiger Denitrifizierung zurückgeführt. Der Einfluß der Kalkdüngung (4), die hemmende Wirkung von Kalkstick- stoff (5) haben einschlägiges Interesse. Die Frage, welche Nitroverbindungen überhaupt von den Denitrifi- kationsmikroben angegriffen werden, haben Ampola und Ulpiani (6) zu bearbeiten begonnen. Denitrifikation erfolgte bei Darreichung aller Alkali- und Erdalkalinitrate, zweifelhaft war der Erfolg bei Aluminiumnitrat, negativ bei den Nitraten von Eisen, Mangan, Thorium, Yttrium und Silber, offenbar infolge der giftigen Eigenschaften der Kationen. Es wurde ferner Salpetersäure-Äthylester denitrifiziert, Nitromethan jedoch , nicht an- gegriffen. Noch näher zu prüfen wäre die Bedeutung der Ionisierung und der Gegenwart von NOj-Ionen. Die genannten Autoren fanden ferner, daß die Nitratgärungsbacterien imstande waren, Kaliumchlorat, Arsenat, Ferri- cyankalium zu reduzieren. Salzmann machte bezüglich des Bact. Hart- lebii dieselben Erfahrungen. Der chemische Mechanismus der Nitratgärung ist ein höchst interessantes Problem. Dem oben mitgeteilten ist zu entnehmen, daß der Prozeß wahr- scheinlich über die intermediäre Bildung von Nitrit geht. Schon ältere An- gaben von WoLLNY und von Tacke (7) haben Stickoxydul als Produkt der Nitratgärung angegeben. Neuere Untersuchungen von Beijerinck und Minckman (8), sowie von Suzuki (9), haben bestätigt, daß besonders bei höheren Nitratkonzentrationen und höherer Temperatur stets die Bildung von NjO zu beobachten ist. Sehr wirksam ist in dieser Hinsicht der von Beije- rinck studierte Bac. nitrosus und Bac. pyocyaneus. Daß ferner unter den Umsatzprodukten Stickoxyd, NO, nicht fehlt, hat schon Tacke behauptet, und Lebedeff (1 0) konnte nachweisen, daß Bac. Hartlebii reichlich NO aus Nitrat bildet. Die Bildung dieser beiden Gase zeigt uns allerdings, daß die Reduktion der Nitrate über Nitrit hinausgeht, bis zum Anhydrid der unter- salpetrigen Säure- Wie aber weiter der Stickstoff entsteht, ist iu Iteiner Weise geklärt. Insbesondere wäre es wichtig zu wissen, ob Hydroxylamin und Ammoniak intermediär entstehen. Da man elektrolytische Reduktion der Salpetersäure in schwefelsaurer Lösung zu Ammoniak kennt (11), und 0. LoEW(12) berichtet, daß Platinmohr in zuckerhaltiger Nitratlösung neben Oxydation des Zuckers die Reduktion des Salpeters zu Ammoniak vermittle, so ist es leicht möglich, daß die Denitrifikationsmikroben gleich- falls ein katalytisches Agens, ein Enzym erzeugen, das solche Reduktionen 1) H. Fischer, Landw. Jahrb., 41, 755 (1911). — 2) G. Ampola u. S. de Grazia, Staz. Sper. Agrar. Ital., 39, 693 (1906). Landwirtsch. Lit.: Th. Pfeiffer n. 0. Lemmermann, Landw. Vers.stat., 30, 115 (1898); 54, 386 (1900). Lemmer- MANN, Krit. Stud. üb. Denitrifikation. Jena 1900. Gegenseitiges Verhältnis von Denitrifikation u. Nitrifikation im Ackerboden: F. Löhnis, Zentr. Bakt., II, 13, 706 (1904). — 3) C. Lumia, Ann. Chim. appl., i, 1 (1915). — 4) Miller, Ztsch. Gär.- phys., 4, 194 (1914). — 5) Lumia, Atti Accad. Lincei (5), 23, II, 659 (1915). — 6) Ampola u. Ulpiani, Gazz. chim. ital., 29, I, 49 (1899); 34, IL 301 (1904). — 7) WolLNY, Journ. f. Landw., 34, 213. Tacke, Landw. Jahrb., 16, 917 (1888); Zentr. Bakt, II, 26, 236 (1910). — 8) M. W. Beijerinck u. Minkman, Ebenda, 2j,-30 (1909). — 9) Sh. Suzuki, Ebenda, 31, 27 (1911). — 10) A. J. Lebedeff, Ber. botan. Ges., 29. 327 (1911). — 11) J. Tafel^ Ztsch. anorgan. ,Chem., 31, 28'J (1902). — 12) 0. LoEW, Ber. ehem. Ges., 23, 675(1890). § 6. Nitratbildung aus Nitrit und Ammoniak: Nitrifikation durch Bacterion. 181 ausführt (1). Übrigens muß ja allgemein bei der Bildung von Eiweiß-N aus zugeführtem Nitrat-N ein analoger Vorgang in lebenden Zellen statt- finden, worauf wir noch weiter unten zurückzukommen haben werden. Daß die Nitratreduktion durch Einwirkung von Formaldehyd über Form- amid stattfinden muß (2), ist keine notwendige Voraussetzung. Wären wirklich Nitrat, Nitrit und Ammoniak gleichzeitig zugegen, so wäre es leicht möglich, die Entstehung von freiem Stickstoff und von Stickoxydul im Denitrifikationsprozeß mit der bekannten Umsetzung von Ammoniumnitrit in Stickstoff und Wasser und der entsprechenden Re- aktion (3) von Ammoniumnitrat unter Bildung von Stickoxydul NH4 . NO2 = N2 H- 2 H2O NH4 . NO3 = N2O + 2 H2O zu vergleichen, um so eher, als diese Reaktionen durch Platin katalysiert werden, und man an die Wirksamkeit von Enzymen denken könnte. Stick- stoff wird ferner bei Zusammentreffen von Aminosäuren und Nitrit frei. Wroblewski sowie Buchner und Rapp (4) beobachteten auch beim Ver- setzen von frischem Hefepreßsaft mit KaHumnitrit lebhafte N2-Entwicklung. Daß die Nitritbildung aus Nitrat ein Enzymprozeß ist, wird durch mancherlei tierphysiologische Erfahrungen nahegelegt (5). Da man auch bei höheren Pflanzen unter sicherem Ausschlüsse von Bacterien, wie zuerst Laurent (6) zeigte, Nitritbildung aus Nitraten findet, so dürften derartige Vorgänge bei Tieren und Pflanzen verbreitet vorkommen. Für die Wärme- tönung der besprochenen Reaktionen hat man folgende Werte gefunden (7): HNOgAq + 0 = HNOgAq + 184 Cal. NH4 . NO2 . Aq + 602 Cal. = 2 N + 4 H -f O2 + Aq, bzw. H + N -f O2 + Aq. § 6. ^ ,^jr^^' Nitratbildung aus Nitrit und Ammoniak: Nitrifikation durch Bacterien. Die oft massenhafte Entstehung von Salpeter in der Natur an Orten, woselbst organische Stoffe in größerer Menge der Zersetzung anheimfallen, wurde bereits von Glauber in Zusammenhang mit Zer- setzungen von Tier- und Pflanzenstoffen gebracht. Als sich die Chemie im 19. Jahrhundert mit der Salpeterbildung zu beschäftigen begann, und man das Auftreten und die Bildung des Salpeters im Ackerboden, dessen Abhängigkeit von klimatischen Einflüssen, die Entstehung großer Ab- lagerungen von Natronsalpeter, wie jene der Wüste Tarapaca in Peru (8), in den Bereich der Untersuchungen zog, waren die Ansichten geteilt, wie die älteren Arbeiten von Longchamps, Gay Lussac zeigen (9). 1) Hierzu: W. Hulme, Journ. Chem. Soc, 105, 623 (1914). — 2) A. Bach, Compt. rend., 122. 1499 (1896). — 3) Über diese Reakt. vgl. R. Wegscheider, Ztsch. physikal. Chem.. j6, 543 (1901). V. H. Veley, Proc. Chem. Soc, 19, 142 (1903). W. BiLTZ u. W. Gahl, Ztsch. Elektr.chem., 11, 409 (1905). H. Franzen u. E. Löh- MANN, Ztsch. physiol. Chem., 63, 52 (1909). — 4) Wroblewski, Zentr. Physiol., 13, 284 (1898). E. Buchner u. Rapp, Ber. chem; Ges., 34, 1526 (1901). — 5) A. Stepanow, Arch. exp. Pathol., 47, 411 (1902). J. Abelous u. E. Gerard, Compt. rend., 129, 1023 (1899). — 6) Laurent, Ann. Inst. Pasteur, 4, (1890). Nabokich, Beiheft, botan. Zentr., 13, 323 (1903). — 7) Wi. Ostwald, Lehrb d. ■allg. Chem., Bd. 2, I. Teil, p. 145 (2. Aufl.). — 8) Boussingault, Die Landwirt- schaft, 2. Aufl., 2, 16(1851). A. MuNTZ u. V. Marcano, Boussingaults Agronomie, (S. 144, 3. Aufl. (1891). — 9) Longchamp, Ann. Chim. et Phys. (2), 33, 1 (1826). Gay Lussac, Ebenda, 34, 86 (1827); Berzelius' Jahresber., 5, 96 (1826). 182 FünfunddreißigBtes Kapitel; Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. Zumal als Schoenbein (1) Salpetersäurebildung durch die Einwirkung von Ozon auf Stickstoffgas kennen lehrte, und man so dazu kam, an eine Salpetersäureanreicherung des Bodens aus der Atmosphäre zu denken (Mülder) (2). Später befaßte sich Boussingault (3), welchei- zuerst die hervorragende Eignung des Salpeterstickstoffes für manche höhere Pflanzen kennen gelernt hatte, sehr ausführlich mit dem Vorgange der Nitrifikation in der Ackererde. Daß der Salpeter auf Kosten des NH3- Stickstoffes im Boden und des Luftsauerstoffes entsteht, hatte bereits Davy (4) ausgesprochen, und Liebig (5) hatte die Oxydation des NH3 zu HNO3 ausführlich begründet. Boussingault (6) zeigte außerdem, daß der N, der Atmosphäre selbst bei lebhaftester Nitrifikation absolut unbeteiligt bleibt. Daß übrigens der in höheren Pflanzen oft reichlich auftretende Kalisalpeter als solcher aus dem Boden von außen auf- genommen wird, und nicht in der Pflanze selbst erzeugt wird, findet sich bereits von Mulder apodiktisch ausgesprochen (7), Die Oxydation von Ammoniak zu Salpetersäure ist nun in der Tat durch zahlreiche Prozesse der Sauerstoffübertragung, besonders bei höherer Temperatur, möglich (8), und es ist bemerkenswert, daß nach 0. Loew (9) Platinmohr diese Reaktion katalytisch beschleunigen kann. Alle diese Fälle haben aber für die natürliche Salpeterbildung keine entscheidende Bedeutung. Daß die Nitrifikation im natürlichen Boden biologischer Natur ist und mit der Lebenstätigkeit von Mikroben direkt zusammenhängt, wurde 1877 durch A. Müller, Schloesing und Muntz, Warington, Soyka wahrscheinlich gemacht (10). Schloesing und Muntz stellten die Hem- mung dieses Vorganges durch Chloroform fest und zeigten, daß Nitri- fikation durch Schimmel- und Sproßpilze nicht hervorgerufen werden kann. Sie erkannten auch den fördernden Einfluß höherer Temperatur und die Unentbehrlichkeit des Luftzutrittes. Organische Substanzen sollten die Kohlenstoffnahrung dieser Mikroben liefern. Warington (11) sowie Berthelot (12) suchten die Bedingungen der natürlichen Nitri- fikation näher zu präzisieren. Muntz und Marcano(13) untersuchten die Beteiligung von Mikroben bei der Entstehung der südamerikanischen Salpeterlager, und Muntz (14) führte das Vorkommen von jodsaurem Salz in den letzteren auf mikrobische Oxydation aus Jodkali zurück. 1) Schoenbein, Po^g. Ann., 6t, 211 (1846). — 2) Mulder, Chemie d. Acker- krume, I, 247 (1861); II, 193. — 3) Boussingault, Compt. rend. (1857). (1859); Agronomie, II, 1 u. 40; V, 311; VI, 191; Mulder, 1. c. II, 197. — 4) H. Davy, Elem. d. Ägrik.ciieni. (1814), p. 408. — 5) J. Liebig, Chemie in ihrer Anwendung a,uf Agrikult., 7. Aufl., I, 314. — 6) Boussingault, ref. Bcr. ehem. Ges., 6, 36 (1873). — 7) Mulder, 1. c. III, 124. — 8) Zusammenstellung bei H. Plath, Landw. Jahrb., j6, 891 (1887); W. Traube u. A. Biltz, Ber. ehem. Ges., J7, 3130 (1904); ekktr. Oxydation von NH3: E. Müller u. F. Spitzer, Ebenda, j5, 778, 1188, 1190 (1905); W. Traube, Ebenda, 828. Neuerdings haben wieder Sestini, Landw. Vers.- stat., 60, 103 (1904) und W. Mooser, Ebenda, 75, 53 (1911) die natürliche Nitrat- bildung teilweise auf inorganische Katalysen zurückgeführt. — 9) 0. Loew, Ber. ehem. Ges., 2j, 1443 (1890). Trillat, Compt. rend. (1903), p. 53. — 10) A. Müller, Landw. Vers.stat.,/6, 263; Th. Schloesing u. A. Muntz, Compt. rend., 84, 301; 85, 1018 (1877); 86, 892 (1878); 89, 891 u. 1074 (.1879). R. Warington, Ber. ehem. Ges., 10, 2241 (1877); 12, 1213 (1879). Ann. Chim. et Pliys., 14, 562 (1878). Soyka, ref. Ber. ehem. Ges., jo. 2235 (1877). Storer, Justs Jahresber. (1878), I, 499. — 11) Warington, Jomn. Chem. Soc. (1884), 637; (1885), 758; (1886), 228. — 12) Berthelot, Compt, rend., loi, 775 (1885); Deherain, Annal. Agron., jj, 241 (1887). — 13) Muntz u. Marcano, Compt. rend., joj, 65 (1885). A. Plage- mann, Kochs Jahresber. (1896), p. 2. — 14) Muntz, Compt. rend., 100, 1136 (1885). § 6. Nitratbildung aus Nitrit und Ammoniak: Nitrifikation durch Bacterien. 183 Nach den spezifischen Erregern der Nitrifikation wurde aber von MiLES, MuNRO, Celli und Marino Zucco vergeblich gesucht (i); ja Frank (2) ging so weit, die mikrobische Natur der Nitrifikation im Boden wieder gänzlich in Abrede zu stellen. 1887 brachten Hueppe und Heraeus(3) die wichtige Erkenntnis, daß die Nitrifikationsmikroben ihre Kohlenstoff- und Stickstoffnahriing aus kohlensaurem Ammoniak beschaffen können, so daß man Bacterien mit „anorganischer Kohlen- stoffnahrung" in diesen Organismen vor sich hat. Die Reinkultur der wirksamen Mikroben gelang jedoch erst 1890 Winogradsky (4), nach- dem dieser Forscher aufgefunden hatte, daß Gelatine oder ein anderer organischer Nährboden als Substrat für diese Bacterien ungeeignet ist, daß sie aber in Nährlösungen rein anorganischer Natur mit Ammonium- salzzusatz, wie sie Winogradsky z^uerst in filtriertem Züricher Seewasser unter Zusatz von Ammoniumsulfat, Dikaliumphosphat und basischem Magnesiumcarbonat anwendete, lebhafte Nitratbildung erzeugen. Wino- gradskys Arbeiten ergaben außer der Bestätigurig der autotrophen Lebensweise der Nitrifikationsmikroben die vollkommen neue Tatsache, daß der Prozeß der Salpeterbildung aus Amm^iak kein einheitlicher ist, sondern durch ein Zusammenwirken von Mikroben bedingt wird. Die eine Bacteriengruppe, welche nach Winogradsky die Gattung Nitro- somonas mit den beiden Arten N. europaea und javanica, und die Gattung Nitrosococcus mit der Art N. brasiliensis umfaßt, oxydiert das Ammoniak zu Nitrit. Ganz andere Mikroben, die in die Gattung Nitrobacter ver- wiesen wurden, greifen Ammoniak nicht an, sondern beschränken sich auf die Oxydation der Nitrite zu Nitrat: Die schwierige Trennung der Nitrosobacterien und Nitrobacter gelang Winogradsky zuerst mit Hilfe der von Kühne eingeführten Kieselsäuregallertnährböden (5). Nitrobacter hingegen vermochte man sehr gut auf Nitritagar zu züchten. Später sind die Nitritbildner von Omellansky (6) erfolgreich auf Magnesia-Gips- platteti und auch auf Papierscheiben kultiviert worden, und Perotti(7) fand Blöcke aus Magnesiumcarbonat zu dem gleichen Zweck vorteilhaft. Nach Omeliansky (8) färben sich die Nitritbildner mit den gewöhnlichen Bacterienfärbungsmitteln, Nitrobacter aber fast gar nicht. Für den letzteren kann man die Sporenfärbung nach Thesing ohne Erhitzen verwenden: Fixierung mit 1% Platinchlorid und Färbung mit kaltem Carbolfuchsin. In der Kultur ist nach Perotti (9) die Incubationszeit mit Nitrosomonas nur 25—26 Stunden, im Boden aber 20—25 Tage. Die Nitritbildung folgt ungefähr einer logarithmischen Kurve. 1) M. MiLEs, Chem. Zentr. (1887), p. 1317; Biedermanns Zentr, (1887), 8, 514; Menozzi, Justs Jahresber. (1888), I, 234. E. A. Munro, Pharm. Journ. Trans. (1887), p. 578. A. Celli u. F. Marino Zucco, Chem. Zentr. (1887), 763; Ber. chem. Ges., 19, Ref. p. 818 (1886). — 2) A. B. Frank, Ber. botan. Ges., 4, 108 (1886). — 3) F. Hueppe, Tagebl. Nat.forsch. Vers. Wiesbaden (1887). W. Heraeus, Journ. f. Gasbeleucht. u. Wa..sserversorg. (1887), Nr. 11. Zentr. Bakt., j, Nr. 13 (1887). Chem. Zentr. (1888\ 1, 125. — 4) S. Winogradsky, Compt. rend., iio, 1013 (1890); Annal. Inst. Pasteur, 4, 213, 257, 760 (1890); 5. 92, 577 (1891); Arch. Sei. Biol., I, 87 (1892). Zentr. Bakt., II, 2, 415 (1896). Lafars Handb. techn. Mykol., j, 132 (1904). Über die begleitenden Bakterienformen: P. Bersteyn, Arb. bakt. Inst. Karlsruhe, j, Heft I (1904). — 5) V/. Kühne, Ztsch. Biol.. 27, 172 (1891). Zentr. Bakt., 8, 410. Stevens u. Temple, Ebenda, II, 21, 84 (1908). — 6) W. Omeliansky, Ebenda, 5, 537 (1899); 8, 785 (1902). J. Makrinow, Ebenda, 24, 415 (1909). — 7) R. Perotti, Rend. Acc. Line. Roma (5), 14, 11, 228 (1905). Amali di Botan.. j, 43 (1905). Zur Anhäüfungskultur auch: Düggeli, Naturw. Woch.schr., 14, 305 (1915). — 8) W. Omeliansky, Zentr. Bakt., II, 19, 263 (1907). — 9) R. Perotti, Rend. Soc. Chim. Roma, 4, 89 (1906). 184 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. Da WiNOGRADSKY die erwähnten Nitrifikationsmikroben ubiquitär aus jedem Ackerboden und von pflanzenbewachsenen Territorien aller Klima- regionen der Erde isoliert hat, und seither mindestens keine ebenso allgemein konstatierbaren Nitratbildner gefunden worden sind, so scheint es in der Tat, als ob die WiNOGRADSKYschen Mikroben die wichtigsten Erreger der Nitratbildung wären. Ob der von Kaserer (1 ) angegebene Bac. nitrator, welcher aus Ammoniak direkt Nitrat bei Abwesenheit von organischer Substanz bildet, eine verbreitete und wichtige Mikrobe ist, müssen noch weitere Untersuchungen lehren. Beijerinck (2) unterschied zwei physio- logische Spezies; Nitribacillus oligotrophus wird durch organische Stoffe gehemmt, N. polytrophus entsteht aus dieser Form unter Verliist der nitrat- bildenden Fähigkeit bei Gegenwart bestimmter organischer Stoffe. Die Rückverwandlung in oligotrophus gelang nicht. Manche im Laufe der Zeit geäußerten Ansichten über neu aufgefundene Nitratbildungsmikroben mußten wieder aufgegeben werden (3). Wie weit die Verbreitung der Nitrosobacterien reichen muß, läßt sich den Untersuchungen von Muntz (4) über deren Ver- breitung und deren Anteil an der Humusbildung in der Felsenregion der Hochgebirge entnehmen. Entgegen früheren Ansichten ist die Nitrat- bildung überall in allen natürlichen Bodenarten verbreitet (5). Im Meer- wasser scheinen Nitritbildner allenthalben vorzukommen (6), ebenso in süßen Gewässern, und selbst in Abwässern fehlen diese Organismen nicht (7). MÜNTZ und Laine (8) konnten durch Berieselung von Tierkohle oder Torf mit sehr verdünnter Lösung von Ammoniumsulfat eine sehr ergiebige Salpeterbildung erzielen. Wie ergiebig der natürliche Nitrifikationsprozeß sein kann, berechnet Deherain (9), und findet, daß die bacterielle Salpeterbildung in ungedüngter 1) Kaserer. Ztsch. iandw. Vers.wes. Österreichs (1907), p. 37, B. Heinze, Landw. Mitteil. Prov. Sachsen (1910), p. 5. Zentr. Bakt., II, 26, 683 gibt über solche Bacterien nur unbestimmte Andeutungen. — 2) Beijerinck, Akad. Amsterdam, 22, 1163 (1914). Fol. Microbiol, 3 (1914). Joshi, Mem. Dep. India Bact.. Ser. r, 85 (1915) isolierte einen Actinomyces, den er für einen neuen Nitritbildner hält. — 3) So die Angaben von Burri u. Stutzer, Zentr. Bakt., II, /, 722 (1895); 2, 105 (1896), welche von den Verfassern selbst zurückgezogen wurden: ebenda, 7, 168 (1901); Stutzer u. Hartleb, Ebenda, 2, 701 (1896); 3 (1897). Rullmann, Ebenda, .7, 228 (1897). Ebenso dubiös sind die Angaben von G. E. Gage, Ebenda, zj, 7 (1910) hinsichtlich Kulturen von Bac. radicicola. — 4) Muntz, Compt. rend., xzjr, 1370 (1890). — 5) Fr. Weis, Zentr. Bakt., 28, 434 (1910). Auch P. Ehrenberg, Mitteil, landw. Inst. kgl. Univ. Breslau, 4, Heft I— II (1907). Die Meinung von Ebermayer, Ber. botan. Ges., 6, 217 (1888), daß die nitrifizierenden Bakterien im Waldboden fehlen, hat W. Migula, Zentr. Bakt., II, 6. 365 (1900) widerlegt. Ferner über Ver- breitung: A. Beddies, Cheiii.-Ztg. (1899), p. 645; (1901), p. 523. Schultz-Schultzen- STEiN, Zentr. Bakt., II, 70, 216. H. S. Fremlin, Proc. Roy. Soc, 7-r, Nr. 473 (1903); Chera. Zentr. (1903). I, 1153. Ferner: F. L. Stevens u. W. A. Withers, Zentr. Bakt., 34, 187 (1912); K. F. Kellerman u. T. R. Robinson, Science, jo, 413 (1910). Drainwasseruntersuchungen: A. D. Hall, The Book of the Rothamsted Experiments, London 1905, p. 217. Waldboden: Vogel v. Falckenstein, Journ. f. Landw., 62, 173 (1914). Internat. Mitt. f. Bodenk., j, 494 (1913); Hesselman, Med. Stat. Skogsförs.. H. 13—14. Stockholm 1917. — 6) P. Thomesn, Ber. botan. Ges., 25, 16 (1907). Baur, Wissensch. Meeresuntersuch., Bd. VI, Heft 9. Kiel 1902. K. Brandt, Nov. Act. Acad. Leop., joo, Halle 1915. — 7) Reid, Proc. Roy. Soc. London, B, 79, p. 58 (1907). Über den sog. „aktivierten Schlamm" (durch längeres Einleiten von Luft zur lebhaften Nitrifikation gebrachte Abwässer) vgl. Dienert, Compt. rend., 165, 1116 (1917); Nashmith u. Mo Kay, Journ. Ind. Eng. Chem., xo, 339 (1918); Rudnick, Ebenda, p. 400. — 8) A. .Müntz u. E. Laine, Compt. rend., 141, 861 (1905); 142, 1239 (1906). Ann. Chim. et Phys. (8), rx, 439 (1907); Mon. Sei. (4), 22, I, 228 (1908). — 9) [Deherain, Compt. rend.. 12^. 209, 278 (1897); Ann. Agronom., 21, 353 (1896); ferner G. Andre, Compt. rend., ij6, 820 (1903). LöHNis u. H. Green, Zentr. Bakt., ^o, 457 (1914). § 6. Nitratbildung aus Nitrit und Ammoniak: Nitrifikation durch Bacterien. 185 Schwarzbrache in feuchten Jahren 200 kg Salpeter-N pro Hektar erzeugen kann, entsprechend einer Düngung mit 1250 kg Ghilisalpeter ; mehr, als die anspruchsvollste Feldfrucht verlangen kann. Wenn man auch aus ver- schiedenen Gründen die Nitrifikation im Boden und in der Lösung nicht unmittelbar vergleichen kann(1), so seien doch von den quantitativen Versuchen Winogradskys folgende Daten als Beispiele für die Intensität der Ammoniakoxydation angeführt. N Kultur Nr. 1 oxydierte 772,0 mg N; assimilierte 19,7 mg C; - =36,6 Nr. 2 „ 506,1 mg N; „ 15,2 mg C; ^ =33,3 Nr. 3 „ 928,3 mg N; „ 26,4 mg C; =35,2 Nr. 4 „ 815,4 mg N; „ 22,4 mg C; =36,4 Kultur Nr. 1 führte über: in frischer Nährlösung N in HNO2 N in HNO. am 11. März 81,3 mg 3,2 mg „ 1. Mai 202,7 mg 3,1 mg „ 13. Juni 151,1 mg 2,3 mg „ 30. Juh 278,3 mg Die Doppelnatur des natürlichen Nitrifikationsprozesses wurde als- bald durch Warington, Muntz, Hall und andere Forscher bestätigt (2). Nach den vorhandenen Untersuchungen (3) hat die Temperatur auf den Fortgang der Nitrifikation großen Einfluß. Das Optimum wurde bei 25 —27° C gefunden. Daß die Nitrifikation nur in den obersten Bodenschichten verläuft, ist mehrfach sichergestellt worden (4), und 90 % des Gesamt- prozesses vollzieht sich bis zu 40—50 cm Bodentiefe, am reichlichsten in den obersten 10 cm. Dies führt uns auf den großen Einfluß guter Lüftung des Bodens, welchen bereits Deherain und Schloesing (5) dargelegt haben. Es ist demnach begreiflich, daß sandiger Boden unter Umständen eine erheblich geförderte Nitrifikation zeigen kann (6). Doch greift da schon der Faktor des Wassergehaltes und der wasserhaltenden Kraft des Bodens ^ark ein. Nach Traaen (7) liegt das Optimum für die Nitrifikation bei einem Feuchtigkeitsgehalt der Erde von 17,5%, was etwa 2/3 der maxi- malen Wasserkapazität entspricht. Infolge des stark- wechselnden Wasser- gehaltes ist die nitrifizierende Wirkung in Sandboden bedeutend geringer als in Lehmboden (8). Doch kann auch durch diese langsamere Nitrifikation 1 ) Vgl. Stevens und Withers, Zentr. Bakt., II, 23, 355 (1909). — 2) Warington, Chem. News, 61 (1890); 63 (1891); 68, 175 (1893). Journ. Chem. See, 49. 484 (1891). A. Muntz, Compt. rend., 112, 1142 (1891). Leone, Gazz. chim. ital., 20, 149 (1890). Schloesing Compt. rend., iio, 429 (1890). Berthelot, Ebenda, 588. P. u. G. Frankland, Proc. Roy. Soc, 47, 296 (1890); Phil. Trans., 181, 107 (1891); Chuard, Compt. rend., 114, 181. Helm, Kochs Jahresber. (1894), p. 265. Wort- mann, Landw. Jahrb., 20, IIb (1891); Deherain, Compt. rend., 116, 1091 (1893). Omeliansky, Zentr. Bakt., II, 5, 473 (1900). Hall, The Book of the Rothamsted Exp. (1905). 217. — 3) Temperatur: R. Roche, Bull. Assoc. Chim. Sucre, 24, 1699 (1907); St. v. Bazarewski, Neu. Jahrb. Mineralog. (1908), II, 186; auch G. A. Weber, Diss. Jena 1912. — 4) Bazarewski, 1. c. A. Koch, Journ. f. Landw., 59, 293 (1911); J. G. Mac Beth u. N. R. Smith, Zentr. Bakt., 40, 24 (1914). — 5) P. Deherain, Compt. rend., 116, 1041, 1091 (1893); 121, 30 (1895); 125 278 (1897). Th. Schloesing f., ebenda, 125. 824 (1897). Buhlert, Fühlings Landw. Ztg. (1904), Heft 1; auch Maze, Compt. rend., 152, 1625 (1911). Kompakte Boden- struktur: Lyon, Bizzell u. Conn, Comell Agr. Exp. Stat. Bull, 1913, p. 51. Tropische Böden: Kelley, Hawaji Agr. Exp. Stat. Bull., 37 (1915). — 6) E. Br. Fred, Zentr. Bakt., 39, 455 (1913). Va. Agr. Exp. Stat. Rep. 1911/12, p. 174. — 7) Wirkung der Feuchtigkeit: Lipman u. Sharp, Bot. Gaz., 59, 402 (1915); Lipman u. BuRGESs, Journ. Agr. Research, 7, 47 (1916); Tra-en, Zentr. Bakt., II, 45, 119 (1916). — 8) 0. Lemmermann, Landw. Jahrb., 38, 319 (1909). Effekt von Irrigation: R. Stewart u. J. E. Greaves, Zentr. Bakt., 34, 115 (1912). Mo Beth u. Smith, 186 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. im Laufe sehr langer Zeit in regenarmen Landstrichen, wie sie in den öst- lichen Vereinigten Staaten vorkommen, im trockenen Boden eine gewaltige Anhäufung von Nitrat Zustandekommen (1), und offenbar sind Ursachen, wie man sie in Cahfornien direkt studieren konnte, auch bei den peruanischen Salpeterlagern genetisch tätig gewesen. Daß beim Zurücktreten der Nitri- fikation in Sumpf- und Moorboden und in sauren Gras- und Humusböden (2) die erschwerte Lüftung beteiligt ist, steht außer Frage. Doch kommt hier als weiterer Faktor die saure Beschaffenheit und die Kalkarmut solcher Böden in Betracht. Daß eine steigende Acidität des Bodens schädigt und Basicität vorteilhaft wirkt, ist in der Literatur mehrfach hervorgehoben (3). Daß man die Nitrifikation durch Zusatz von Calciumcarbonat unter Umständen außerordentUch ergiebiger machen kann, hat eine lange Reihe von Er- fahrungen gelehrt (4). Weniger wirksam scheint Gips als Zutat zum Boden zu sein (5). Daß die Gegenwart reichlicherer Mengen verschiedener Alkali- salze für den Nitrifikationsprozeß nicht gleichgültig ist, weiß man schon lange (6). LiPMAN fand Natriumcarbonat am schädUchsten, weniger NaCl, am wenigsten schädlich Na.2S04. Selbstverständlich muß die Nitrifikation von dem Grade der vorausgegangenen Ammoniakbildung abhängen (7). Erwähnt mag noch sein, daß durch Arsenverbindungen eine Stimulation der Bodennitrifikation stattfinden soll (8). Montanari (9) sah aber von Arsen ebensowenig stimulierende Wirkungen auf Nitrifikation, wie von. verschiedenen Schwermetallen. Vom Schwefelkohlenstoff wird angegeben, 1. c. R. Roche, 1. c. Einfluß des Trocknens: Buddin, Jouin. Agr. Sei., 6, 452 (1914); Kellet, _ Journ. Agr. Research, 7, 417 (1916). 1) Vgl. R. Stewart, Zentr. Bakt, j6, 477 (1913); K. F. Kellerman Ebenda, 2^, 234 (1910). Im Boden von Algier: Pouget u. Guiraud, Compt. rend. 14S, 725 (1909). Colorado-Böden: Sackett*, Colo. Agr. Coli. Bull., 193, 1 (1914) Headden, Journ. Ind. Eng. Chem., 6, 586 (1914); Proc. Colorado Öci. Soc, 10, 99 (191,5); Sackett u. Isham, Science, 42, 452 (1915). — 2) Lit. G. A. Ritter, Zentr Bakt. II , 34, 577 (1912). A. Petit, Ann. Sei. Agron., jo, 397 (1913). J. C. Temple Zentr. Bakt., 34, 64 (1912); A. D. Hal^l, N. H. J. Miller u. Gimingham, Proc Roy. Soc, B, So, 196 (1908). G. Daikuhara u. Imaseki, Bull. Imp. Centr. Agr Ex. Sta. Japan, j, 7 (1907). Torf: Coquide, Compt. rend.. j6o, 253 (1915). Moor bodeii: Th. Arnd, Landw. Jahrb., 51, 297 (1917); Zentr. Bakt., II, 45, 554 (1916) 49, 1 (1919); Mitt. Ver. Moorkult., 36, 6 (1918). Gully, Landw. Jahrb. Bayern 6, 1 (1916). Saurer Boden: Temple. Georgia Exp. Sta. Bull. 1914, p. 103. Lipman Proc. Acad. Sei. Wash., j, 477 (1915). — 3) Vgl. E. Ewell u. Wiley, Chem. Zentr (1896), II, 251; P. L. Lyon u. J. A. Bizzell, Science, 30, 773 (1910). — 4) E. Mur- mann, Österr. Chem.-Ztg. (2), jo, 181 (1907); H. Fischer, Landw. Jahrb., 41, 155 (1911); Machida, Bull. Imp. Ccntr. Ex. Sta., i, 1 (1905) sah manchmal Verzögerung durch Kalksalze, nicht aber durch Mg-Salze: P. E. Müller u. Fr. Weis, Det forstlige Forsögsvaesen, 3, 235 (1906); J. Vogel, Zentr. Bakt., IT, 32, 169 (1911). Lemmer- MANN n. Fresenius, Fühl. Landw. Ztg. (1912), Heft 7/8; Lemmermann, Fischer u. HusEK, Landw. Vers.stat., 70, 317 (1909). E. Br. Fred. Zentr. Bakt., 39, 455 (1913V F. Polszeniusz, Ztsch. landw. Vers.wes. Österr., i, 235 (1898). W. A. WiTHERS u. G. S. Fraps, Joum. Am. Chem. Soc, 23, 318 (1900); 24, 528 (1901); 29, 225 (1903). Fraps, Chem. Zentr. (1904), II, 1426. F. Miller, Ztsch. Gär-phys., 4, 194 (1914). Th. Arnd, Landw. Jahrb., 49, 191 (1916). — 5) S. Dezani, Staz. Sper. Agr. Ital, 44, 119 (1911). J. W. Paterson, Journ. Agr. Victoria, lo, 393 (1912). — 6) J. Crochetelle u. J. Dumont, Compt. rend., 117, 670 (1893); 119, 93 (1894); 118, 604 (1894); 125, 469 (1897). Ch. B. Lipman, Zentr. Bakt, 33, 305 (1912). lonenantagonismus: Lipman, Zentr. Bakt, 41, 430 (1914).. The Plant World, 17, 295 (1914). Kalkfaktor: Kelley, Zentr. Bakt, 42, 577 (1914). — 7) Vgl. .L G. Lipman u. P. E. Brown, Ebenda, 26, 590 (1910). Ammonverlust aus dem Boden: 0. Lemmermann u. Fresenius, Landw. Jahrb., 45. 127 (1913). — 8) J. E. Greaves, Zentr. Bakt, 39, 542 (1913). Biochem. Bull., 3, 2 (1913). — 9) C. Mon- tanari, Staz. sper. agr. ital., 50, 69 (1917). Mangan: Montanari, Ebenda, 47, 441 (1914); Leoncini, Ebenda, p. 771. § 6. Nitratbildung aus Nitrit und Ammoniak: Nitrifikation durch Bacterien. Jg? daß er Hemmung bedingt, doch soll eine Erholung der salpeterbildenden Tätigkeit möglich sein (1). Zum qualitativen Nachweise der aus Ammoniak in den Kulturen ge- bildeten salpetrigen Säure eignet sich vor allem die ungemein empfindliche GRiESSsche Reaktion: Sulfanilsäure und Naphthylamin In saurer Lösung, eventuell die von Erdmann (2) angewendete Modifikation: Salzsaure Sulfanilsäurelösung mit Amidonaphtholdisulfosäure. Anwendbar ist auch die PLUGGEsche Reaktion: Phenol und Quecksilbersalz in saurer Lösung (3), Nitrite geben Grünfärbung mit essigsaurer Antipyrinlösung (4). Sodann ist die bekannte Indolreaktion zu erwähnen (5), schließhch kann man kleine Nitritmengen nachweisen durch Dimethylanilinchlorhydrat in saurer Lösung, wobei p-Nitrosodimethylanilin entsteht (6). Zur quantitativen Nitrit - bestimmung benutzt man colorimetrisch die GRiESSsche Reaktion, die jodometrische Methode oder die Oxydation der HNO2 durch Chlorsäure zu Salpetersäure (7). Die Nitrite lassen sich nach Lacomme und Morel (8) durch Zer- störung derselben beim Erwärmen mit überschüssigem Salmiak von den Nitraten trennen, da letztere unverändert bleiben. Zum Nachweise des Salpeters dienen die bekannten Reaktionen mit FeS04, Indigo, Brucin oder Diphenylamin, über deren Empfindlichkeits- grenzen Wagner (9) Angaben gemacht hat. Verfeinerungen und Modifi- kationen der Brucinmethode haben Pechard, sowie Cazeneuve und De- FOURNEL angegeben (10). Die Diphenylaminprobe kann hier, weil andere störende Stoffe, wie Zucker, fehlen, mit Vorteil benutzt werden (11). Es empfiehlt sich, an Stelle der meist benutzten Schwefelsäure Salzsäure an- zuwenden (12). Eine blaue Lösung von Di- (9, 10-Monoxyphenanthryl)-amin bei Abwesenheit von Wasser wird durch Nitrat rot gefärbt (13). Die quanti- tative Salpßtersäurebestimmung wird vorgenommen nath der allgemein anwendbaren Methode von Schloesing (14), deren Details in den chemisch- 1) P. L. Gainey, Zentr. Bakt., 39, 584 (1914); Chaudon de Briailles, Kochs Jahresber. (1895), p. 280. Pagnoul, Compt. rend., 120, 812 (1895). Ann. Agron. (1895), p. 497. Hemmung durch Naphthalin: Cacciari, Staz. sper. agr. ital., 47, 347 (1914). Durch Fichtenharz und Tannin im Boden keine Hemmung: Koch u. Oelsner, Zentr. Bakt., II, 41, 107 (1916). — 2) H. Erdmann, Ber. ehem. Ges., 33, 210 (1900). — 3) Plugge, Chem. Zentr. (1896), I, 1283; Deniges, Ebenda (1895), II, 946. — 4) M. C. Schütten, Chem. Zentr. (1896), 722. Andere Reaktionen: Baudet u. Jandrier, Chem. Zentr. (1897), II, 65. E. Riegler, Ztsch. analyt. Chem., 36, 306, 377 (1897). — 5) Vgl. Dane, Bull. Soc. Chim. (4), 9, 354 (1911). — 6) E. H. Miller, The Analyst, 37, 345 (1912). — 7) B. Grützner, Arch. Pharm., 235, 241 (1897); J. Tillmans u. W. Sutthoff, Ztsch. analyt. Chem., 50, 473 (1911). G. Blanc, Journ. Pharm, et Chim. (7), 4, 205 (1911). Vgl. ferner: Fr. Hahn, Ber. chem. Ges., 50, 705 (1917). Dienert, Compt. rend., 167, 366 (1918). — 8) La- comme u. A. Morel, Biochem. Zentr. 1903, Ref. Nr. 1379. — 9) A. Wagner, Ztsch. analyt. Chem., 20, 329 (1881). — 10) P. Prchard, Compt. rend., 121, 758 (1896). Cazeneuve u. Defournel, Chem. Zentr. (1901), II, 231. — 11) Vgl. Soltsien, Ebenda (1887), p. 1572; H. Kaserer, Ebenda (1903), I, 737. Soltsien, Pharm. Ztg., 51, 765 (1906); H. Wieland, Ber. chem. Ges., 46, 3296. 3304 (1913). — 12) H. Caron, Annal. Chim. Appl., 16, 211 (1911). W. A. Withers u. B. J. Ray, Journ. Am. Chem. Soc, 33, 708 (1911). — 13) J, Schmidt u. H. Lumpp, Ber. chem. Ges., 43, 794 (1910). Reaktionen mit Arbutin und Berberin mit freier HNO3. C. Reichard, Chem.-Ztg., 30, 790 (1906). Nachweis mit Nitrosalicylsäure- bildung: Tinctle, Journ. Soc. Chem. Ind., 34, 393 (1915); 35, 77 (1916). — 14) Die von Pfeiffer u. Thurmann, Landw. Vers.stat., 46, 1 (1895) erhobenen Einwände haben sich in der Nachprüfung von P. Liechti u. Ritter, Ztsch. anal. Chem., 42, 205 (1903) als nicht begründet erwiesen. N- Bestimmung in Nitraten: F. Pilz, Ztsch. landw. Vers.wes. Deutsch-Österr., 22, 180 (1919). 188 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. analytischen Handbüchern zu ersehen sind. Boussingault (1 ) verwendete die Indigotihreaktion zur quantitativen Salpetersäurebestimmung. Auch die Brucinreaktion läßt sich zur kolorimetrischen HNOg-Bestimmung an- wenden (2). Bezüglich der Nitratbestimmung in Ackerböden sei auf die Mitteilungen von Kuntze, Montanari und Hill verwiesen (3). Die Ammoniaknachweismethoden sind bereits bei früherer Gelegen- heit berührt. Eine empfindliche Methode ist die Probe mit Manganosulfat und Wasserstoffperoxyd (4), Obwohl durch die Arbeiten von Winogradsky und Omeliansky eine, Reihe wichtiger Fragen in der Ernährungsphysiologie der Nitrifikations- mikroben gelöst worden sind, so blieben doch über manche Punkte noch Zweifel übrig. So die Frage, inwiefern die freie CO 2 der Luft für die Kohlen- stoffversorgung der Nitrosobacterien nötig ist, und ob irgendwelche Car- bonate als C- Versorgung fungieren können. Die ersten Versuche WlNO- GRADSKYS zeigten, daß im Substrate keine andere C- Verbindung als ein Carbonat (es wurde basisches Magnesiumcarbonat dargereicht) vorhanden zu sein braucht, um die Mikroben zum Gedeihen zu bringen, und ließen im übrigen den Anteil der CO 2 in Luft und Wasser, sowie den etwaigen Anteil von Carbonaten der Nährlösung unbestimmt. Godlewskis Versuche (5) haben später gezeigt, daß der Nitrifikationserfolg ausbleibt, wenn man nur basisches Magnesiumcarbonat als COj- Quelle darreicht, und die Luft-COg ausschließt. Trotzdem ist nach Winogradsky und Omeliansky (6) die Dar- reichung von neutralem Alkalicarbonat unentbehrlich neben freier COg, und das Natriumcarbonat kann nach diesen Forschern nicht durch Natrium- bicarbonat ersetzt wrt-den. Da ferner auch ein Wirkungsunterschied zwischen Magnesiumcarbonat und Calciumcarbonat besteht (7), so wäre wohl an lonenwirkungen zu denken, die den Einfluß der CO 2- Versorgung kreuzen können. Hier und in anderen wichtigen Punkten haben Meyerhofs neuere Untersuchungen erfolgreich eingegriffen. Die Notwendigkeit der freien CO 2 bestätigte auch dieser Autor. Daß außerdem noch Carbonat nötig ist, erklärt sich nach Meyerhof (8) einfach daraus, daß der Nitratbildner ein sehr schmales Optimum der H -lonenkonzentration zwischen 8,3 und 9,3 besitzt; dies wird eben durch die Darbietung von gelöstem Carbonat erreicht. Ferner ist der Sauerstoffgehalt der Luft von großem Einfluß. Flüchtige Substanzen aus der Luft kommen für die Ernährung des Nitratbildners sicher nicht in Betracht. Salpeterigsaure Ester werden ebenso glatt veratmet wie Nitrite. Der Stoffwechsel des Nitrobacter entspricht fast genau der Gleichung 1) Boussingault, Agronomie, 2, 217; Trotman u. Peters, Chem. Zentr. (1902), II, 155. Cavazza, Chem. Zentr. (1912), II, 1061. — 2) H. Noll, Ztsch. angew. Chem., 14, 1317 (1901). — Sonstige Methoden: L. Farcy, Bull. Soc. Chim. (4), 5, 775 (1909). E. M. Chamot u. D. S. Pratt, Journ. Am. Chem. Soc, 31, 922 (1909). Clarens, Journ. Pharm, et Chim. (7), z, 589 (1910). Tillmans u. Sutt- HOFF, Ztsch. anal. Chem., 50, 473 (1911). Letts u. Rea, Journ. Chem. Soc, 105, 1157 (1914). Strecker, Ber. chem. Ges., 51, 997 (1918). Scales, Journ. Biol. Chem., 27, 327 (1916). Im Wasser: Liebermann u. Acel, Hyg. Rdsch., 25, 805 (1915). — 3) L. Kuntze, Chem. Zentr. (1896), II, 1133; C. Montanari, Ebenda (1901), II, 793. H. Hill, Va. Agr. Ex. Sta. Rep. 1911/12, p. 133. Buhlert, Zentr. Bakt., 16, 272; F. L. Stevens u. Withers, Ebenda, 25, 64 (1909). Chr. BaUthel, Ebenda, 25, 108 (1909). Allen, Journ. Ind. Eng. Chem., 7, 521 (1915). Potter u. Snyder, Ebenda, p. 863. Phenoldisulfosäure-Methode zur genauen Bestimmung von Bodennitrat: Noyes, Ebenda, jt, 213 (1919). — 4) R. J. Carney, Journ, Amer. Chem. Soc, 34, 32 (1912). — 5) E. Godlewski, Anzeig. Ak. Krakau (1892), p. 408; ebenda, Juni 1895; Zentr. Bakt., II, 2, 458 (1896). Botan. Ztg. (1896), p. 177. — 6) Winogradsky u. Omeliansky, Zentr. Bakt. (II), 5, 334 (1899). — 7) S. Machida, Bull. Imp. Centr. Ex. Sta., r, 1 (1905). — 8) 0. Meyereof, Pflüg. Arch., 164, 353 (1916): 166, 240 (1917); 165, 229 (1916). § 6. Nitratbildung aus Nitrit und Ammoniak: Nitrifikation durch Bacterien. 189 NaNOjs + O =- NaNOg. -Erst auf 135 Teile oxydierten N kommt 1 Teil assimilierter Kohlenstoff. Die Energieausnutzung ist etwa 5%. Unter opti- malen Bedingungen kann ein Umsatz von 4—5 g Nitrit auf 1 1 in 24 Stunden erreicht werden. Die maximale Leistung des Nitritbildners betrug bei. optimaler Durchlüftung 4 g Ammonsulfat pro Liter nitrifiziert in 24 Stunden. WiNOGRADSKY fand Zusatz von Eisrnsalzen günstig für die Nitrifikation. Phosphorsäure ist wohl notwendig für die Nitratbildungsmikroben (1). Die Frage, ob auch organische Amine usw von den Nitrifikations- mikroben oxydiert werden können, wurde bereits durch MuNRO und von Demoussy zu beantworten gesucht (2) ; diese Forscher glaubten auch eine Nitrifikation organischer Stoffe annehmen zu dürfen. Eine Nachunter- suchung durch Omeliansky (3) konnte jedoch bezüglich der Verarbeitun g von Harnstoff, Asparagin, Ovalbumin, Methylamin und Dimethylamin nur negative Resultate erzielen, so daß sich Omeliansky zum Schlüsse genötigt sah, daß aus organischen Stickstoff Verbindungen vorher der N in Form von NH3 abgespalten werden müsse, ehe die Nitrosobacterien die Nitritbildung beginnen können. Da Kalkstickstoff langsamer nitrifiziert wird als Am- moniumsulfat (4), so geht wahrscheinlich auch hier eine Überführung in Ammoniak durch andere Mikroben voraus. Omeliansky (5) erzielte ferner keine positiven Resultate, als er prüfte, ob Nitrobacter imstande sei, Bchweflige oder phosphorige Säure zu oxydieren. Es scheint demnach, als ob Nitrobacter ebenso ausschließhch auf HNO2 oxydierend wirkte, wie Nitrosomonas auf NH3. Die Konzentration der dargereichten NH3- bzw. HNOg-Mengen darf gewisse Grenzen ohne Schädigung des Vorganges nicht überschreiten. Nach Meyerhof liegt das Optimum der Nitrit- konzentration bei 0,05 %^ ein schwaches Optimum noch bei 0, 1 % ; über 0,3% erfolgt rasches Absinken, so daß bei 4% nur noch 26% der Optimal- leistung erhalten sind. Für die Nitrosomonaden war das Optimum bei ^/joo Mol. NH4. Nach IROLANTS (6) wird freies Ammoniak bis zu einem Gehalte von 0,2 g pro Liter vollständig nitrifiziert, bei mehr als 0,5 g auf 1000 Wasser war die Nitrifikation völlig sistiert. Ammoniumcarbonat wird sehr gut verarbeitet, sogar bis zu 2 g pro Liter Nährlösung. Den Nitrobacterkulturen verabreichte Winogradsky 1 g NaNOg auf 1 1 Nährlösung. Boullanger und Massol (7) fanden Stillstand der Nitritbildung bei einer Konzentration von 30—50 g (NH4)2S04 im Liter dann erreicht, wenn die gebildete Magne- ßiumnitritmenge auf 13 — 15 g im Liter gestiegen war. Organische Ammonium- salze wurden bis zu 6 — 10 g im Liter vertragen.- Die Nitrat bildung stockte, wenn die dargereichte Nitritmenge mehr als 20—25 g pro Liter betrug. Freies Ammoniak entfaltet, wie Warington zuerst angegeben hat, und Winogradsky und Omeliansky bestätigt haben, eine außerordentUch stark hemmende Wirkung auf Nitrobacter; schon 1 auf 1 Million NH 3- Zusatz zeigt einen deuthchen Einfluß. Es sind also die Nitritverarbeiter eng biologisch in ihrem Gedeihen mit der Funktion der Nitritbildner verknüpft. Alkali- salze hemmen den Nitritbildner nach MeVerhof stärker als den Nitro- bacter. Schwermetallsalze hemmen in ihren eiweißfällenden Konzentrationen, 1) G. Wimmer, Ztscb. Hyg., 48, 135 (1904). — 2) Munro, Chem. Zentr. (1888), 11, 1536; Demoussy, Ann. Agronom., 25, 232 (1899). — 3) Omeliansky, Zentr. Bakt., H, 5 481 (1899); Beesley, Journ. Chem. Soc, 105, 1014 (1914) hat indessen wieder positive Resultate erzielt. — 4) S. de Grazia, Staz. Sper. Agr. ital, 41, 241 (1908). — 5) Omeliansky, Zentr. Bakt., 9, 63 (1902). — 6) E. Ro- LANTS, Rev. d'Hygiene, 25, 521 (1903). — 7) E. Boullanger u. L. Massol, Ann. Inst. Pasteur, 17, 492 (1903); 18, 180 (1904). Zentr. Bakt., II, 14, 739 (1905). 190 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. Hg- und Ag- Salze sehr stark. Bemerkenswert ist die enorme Hemmung durch Narkotica, auch durch gewisse aromatische Amine. Eine hemmende Wirkung der Gegenwart organischer Verbindungen auf die Tätigkeit der Nitrifikationsmikroben war bereits von Frankland, MuNRO und anderen Forschern beobachtet worden, wurde aber von anderer Seite wieder in Abrede gestellt (1). Eingehende Untersuchungen hierüber verdankt man besonders Winogradsky und Omeliansky, welche die außer- ordentlich interessante Tatsache kennen lehrten, daß schon relativ kleine Mengen von Glucose, Pepton, Asparagin, Harnstoff ausreichend sind, um das Wachstum der Nitritmikroben und Nitratbildner in Reinkulturen zu hemmen, ja gänzlich zu unterdrücken. Die genannten Forscher geben folgende Daten an: Nitritmikroben Nitratmikröben hemmende gänzl. hindernde hemmende gänzl. hindernde Dosis Dosis Dosis Dosis in % in % in % in % Glucose 0,025-0,05 0,2 0,05 0,2-0,3 Pepton .... 0,025 0,2 0,8 1,25 Asparagin . . 0,05 0,3 0,05 0,5-1 Glycerin ... . mehr als 0,2 ? 0,05 mehr als 1, Harnstoff . . . . mehr als 0,'2 ? 0,5 mehr als 1 Natriumacetat 0,5 mehr als 1,5 1,5 3,0 Natriumbutyrat , 0,5 mehr als 1,5 0,5 1,0 Fleischbrühe . . 10,0 20-40 10,5 60,0 Ammoniak . . . — — 0,0005 0,015 Meyerhof fand die hemmende Glucosekonzentration für den Nitrit- bildner bei 0,001 Mol., ziemlich übereinstimmend mit Winogradsky. Diese Beobachtungen bieten eine Fülle des wichtigsten und lehr- reichsten biologischen Materiales und zeigen, wie wenig absolute Gültigkeit unseren landläufigen Vorstellungen über die physiologische Wirkung ver- schiedener Stoffe, Nährstoffe und Gifte, zukommt. Mit Recht sagt Wino- gradsky: „Alle diese unerwarteten Tatsachen beweisen uns von neuem, wie tiefgehende Unterschiede der physiologischen Eigenschaften in der Mikrobienwelt vorhanden sind. Sie sind es bis zu dem Grade, daß die Nah- rungsbedürfnisse, oder im allgemeinen die Lebensbedingungen, fast diametral entgegengesetzt sein können. Die für die eine Art besten Verhältnisse können für eine andere geradezu verderblich sein, und dieselbe Substanz kann bald das beste Nährmittel, bald ein gleichgültiger Stoff, bald endlich ein kräftiges Antiseptikum sein." Der Zucker, den wir so allgemein als hervorragenden Nährstoff kennen, übertrifft in seiner schädlichen Wirkung von 2 : 1000 auf die Nitrosomonaden die Wirkung der Phenole, und das Ammoniak bei weitem Sublimat und die stärksten Antiseptika. In bezug auf nährende und giftige Stoffe verhalten sich die verschiedenen Organismen ähnlich wie die aeroben und anaeroben Wesen hinsichtlich ihres Sauerstoff- bedarfes, und Winogradsky bat der Entdeckung des Lebens ohne Sauer- stoff durch Pasteur ein würdiges Seitenstück zugesellt: das ,, Leben ohne Zucker". In der Folge ist man allerdings auf die wichtige Tatsache mehr auf- merksam geworden, daß diese Hemmungen durch organische Stoffe in Rein- kulturen viel mehr ausgesprochen sind, als im natürlichen Substrat. Im 1) z. B. J. Leone u. 0. Magnanini, Ber. ehem. Ges., 24, Ref. p. 674(1891). § 6. Nitratbildung aus Nitrit und Ammoniak: Nitrifikation durch Bacterien. 191 Boden wird der Prozeß auch durch große Düngermengen nicht gehindert (1). Karpinski und Niklewski (2) zeigten, daß in unreinen Kulturen der Mi- kroben sogar eine Förderung durch verschiedene organische Stoffe: Humat, Bodenauszug, Acetat, selbst Pepton und Zucker erfolgt. Mehrfach ist be- sonders über günstige Wirkungen von Humus auf die im natürlichen Boden verlaufende Nitrifikation berichtet worden (3), Allerdings müssen nach BartHel (4) leichtlösliche organische Stoffe auch im Boden erst mineralisiert werden, ehe Nitrifikation erfolgt, sonst tritt auch hier eine Hemmung der letzteren ein. Schwerlösliche organische Stoffe haben wenig Wirkung auf die Nitrifikation. Jedenfalls hängen alle diese Wirkungen mit dem Inein- andergreifen der verschiedenen Mikrobenprozesse zusammen, und von dem Verhältnisse der Ammonisation zur Nitrifikation wird es abhängen, inwieweit die letztere gefördert werden kann. Natürlich haben diese Dinge praktische Bedeutung im Hinblick auf den Einfluß von Düngung (5). Mehrfach ist in neuerer Zeit ein gewisser Einfluß der Vorfrucht auf die nachfolgend stattfindende Nitrifikation im Ackerboden beobachtet worden. Mais sowie Luzerne soll namhafte Steigerung der Nitrifikation im nachfolgen- den erzeugt haben (6). Es liegt angesichts der weitverbreitet nachgewiesenen Beteiligung von Enzymen bei biologischen Oxydationsprozessen nahe, an die Produktion von spezifisch wirkenden Oxydasen: Ammoniakoxydase und Nitritoxydase, bei den Nitritbildnern und Nitratbildnern zu denken. Für die besonders energisch wirkenden Nitrosomonaden versuchte bereits Omeliansky (7) eine Oxydase nachzuweisen, jedoch ohne positiven Erfolg. Günstiger steht es mit der Annahme einer Nitritoxydase, da die Oxydation von Nitrit zu Nitrat für eine Reihe von Fällen in tierischen Organen (8), auf fermentativem Wege nachgewiesen ist, wenngleich ähnliche Beobachtungen auf pflanzen- physiologischem Gebiete noch fehlen. Was die Frage nach der fermentativen Oxydation vo^ Ammoniak zu Nitrit anbelangt, so dürfte nach den Beob- achtungen von Maze und Bach über die Entstehung von Nitrit in Pflanzen- extrakten (9) vielleicht eine derartige Oxydation noch verbreitet aufzufinden sein. Wahrscheinlich hat man manches für reduktive Nitritbildung aus Nitrat gehalten, was in den Bereich solcher oxydativer Nitritbildung ge- hört (10). 1) F. L. Stevens u. W. A. Withers, Zentr. Bakt., 2t, 169 (1910). — 2) A. Karpinski u. Br. Niklewski, Anzeig. Akad. Krakau (1907), p. 596. Im Boden: L. C. Coleman, Zentr. Bakt., II, 20, 401 (1908). Maze, Compt. rend., 752, 1625 (1911). Fremlin, Journ. Hyg., 14, 149 (1914). Wright, Zentr. Bakt., II, 46, 74 (1916). Barthel, Ebenda, 4g, 382 (1919); Grfaves u. Carter, Journ. Agr. Res., 6, 889 (1916). — 3) A. Müntz u. E. Laine, Compt. rend., 142, 430 (1906); J. Makrinow, Zentr. Bakt, II, 24, 415 (1909); F. Löhnis u. H. Green, Ebenda, 40, 52 (1914). — 4) Chr. Barthel, Ztsch. Gär.physiol, 4, 11 (1914). Über Ver- iiinderung der Nitrifikation durch Kohlenstoff Verbindungen bei Abwässern: H. W. Clark u. Geo. 0. Adams, Journ. Ind. Eng. Chem., 4, 272 (1912). — 5) Nitrifikation im Stallmist: Br. Niklewski, Zentr. Bakt., II, 26, 388 (1910). G. S. Fraps, Journ. Am. Chem. Soc, 28, 213 (1906). — 6) T. L. Lyon u. J. A. Bizzell, Zentr. Bakt., 37, 161 (1913). Journ. Ind. Eng. Chem., 5, 136 (1913); Cornell Univ. Agr. Ex. Sta. Ithaca 1913. Schädliche Einflüsse: E. Gutzeit, Zentr. Bakt., j6, II, 358 (1906). Allgemeines über die Bedeutung der Nitrifikation für Kulturpflanzen: Landw. Jahrb., 34, 761 (1905). Lyon u. Bizzell, Cornell Univ. Agr. Exp, Sta. Mem., Nr. 1, 1913. — 7) W. Omeliansky, Zentr. Bakt., II, 9, 113 (1903). — 8) Abelous u. Gerard, Compt. rend., 12g, 1023 (1899); J. H. Kastle u. E. Elvove, Amer. Chem. Journ., ji-, 195 (1904). — 9) Maze, Compt. rend., 153, 357 (1911); Compt. rend. Soc. Biol., 7«, 98 (1915). A. Bach, Biochem. Ztsch., 52, 418 (1913). — 10) Für Bacterien: L. Mazzetti, Zentr. Bakt., I, 6S, 129 (1913). 192 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. Es sei hinzugefügt, daß man durch Oxydation von Ammoniak mit Alkalipersulfat in alkalischer Lösung reichlich Nitrat erhält (1 ), und daß Nitrit und Nitrat bei elektrolytischer Oxydation von Ammoniak in Gegen- wart von Kupferoxydhydrat entsteht (2). Ultraviolette Bestrahlung oxydiert nach Berthelot und Gaudechon (3) Ammoniak bis Nitrit, und führt Nitrat durch Reduktion in Nitrit über. Katalytische Oxydation von NHg mittels geröstetem Pyrit studierte Meneghini (4). Schließhch ist zur Frage katalytischer Einflüsse bei der biologischen Nitrifikation auch eine Studie von Chodat (5) zu vergleichen. Von Zwischenprodukten der Nitrifikation ist nicht viel bekannt. Stickstoff ist durch Godlewski wie durch ScHloesing (6) bei der Nitrat- bildung nachgewiesen ; doch wurde dessen Bildung mit der gleichzeitigen Anwesenheit von Ammoniak und Nitrit erklärt. Das zu erwartende Stick- oxydul wurde bisher noch nicht gefunden. Die sonst bezüglich der Entstehung organischer Körpersubstanz der Nitrosomonaden aus NHg und COg auf- gestellten Hypothesen sind ziemlich willkürlich und aller Beweise entbehrend. WiNOGRADSKY meinte, daß aus dem Ammoniumcarbonat zunächst Harn- stoff entstehe und dieser auf noch unbekannte Art Proteinsubstanzen liefere. 0. Loew (7) nahm wieder an, daß die Oxydation von Ammoniak teilweise unvollständig unter Bildung von Nitrit und Hg verlaufe, und der entstandene Wasserstoff die CO 2 zu Formaldehyd reduziere, welches durch Polymerisation Zucker ergibt. § 7. Die Assimilation von Stickstoff gas. Die Assimilation von Stickstoffgas, und damit die Ausnutzung der ungeheuren Stickstoffmenge, welche die Erdatmosphäre enthält und welche in den terrestrischen Gewässern gelöst ist, wird vor allem durch gewisse Formenkreise von Bacterien vollzogen, von denen die eine Gruppe in Symbiose mit Blütenpflanzen lebt, und auch diesen den Genuß der ihnen selbst zu Gebote stehenden N- Quelle vermittelt; die anderen aber im Humusboden, sowie in den Meeren und süßen Gewässern freilebend den zur Verfügung stehenden freien Stickstoff assimilieren. Die Frage, ob auch echte Pilze Luft-N binden, ist schon von BoussiN- GAULT (8) an Penicillium untersucht worden; das Ergebnis war ein negatives. Positive Resultate wollten später Sestini und del Torre, in neuerer Zeit PuRiEWiTSCH und Saida erzielt haben (9). Da es sich in diesen wie in späteren Arbeiten anderer Forscher oft um N-Differenzen von wenigen MilUgramm, ja Bruchteilen von Milligrammen handelt, wo man mindestens zweifeln kann, ob diese Unterschiede nicht in die methodischen Fehlergrenzen fallen, ist große Zurückhaltung gegenüber solchen positiven Behauptungen am Platze. Über- dies sind öfters die Untersuchungsmethoden nicht genau genug mitgeteilt. So darf es nicht Wunder nehmen, wenn manche Forscher im Laufe der Arbeit selbst ihre ursprüngliche Meinung zurückgenommen haben und die ganze 1) R. Kempf, Ber. ehem. Ges., j«, 3972 (1905). — 2) W. Traube u, A. BiLTZ, Ebenda, 39, 166 (1906). — 3) D. Bebthelot u. H. Gaudechon, Compt. rend., 152, 522 (1911). — 4) D. Meneghini, Gazz. chim. ital., 43, I, 81 (1913). — 5) R. Chodat, Bull. Herb. Boissier (2), 6, 512 (1906). — 6) Th. Schloesing, Compt. rend., 109, 883 (1889). — 7) 0. Loew, Botan. Zentr., 46, 223 (1891). Bakt. Zentr., 9, 659 (1891). — 8) Boussingault, Agronomie, 2, 301. — 9) F. Se- stini u, J. Del Torre, Bull. Soc. Chim. (1875), p. 494. K. Puriewitsch, Ber. botan. Ges., 13, 342 (1895). K. Saida, Ebenda, 19, Gen.Vers.-Heft, p. 107 (1901). § 7. Die ABsirailation von Stickstoffgas. 193 Frage der N-Fixierung durch Pilze höchst problematischer Natur ist. Asper- gillus und Penicillium sind mit wechselndem Erfolg untersucht worden; LiPMAN, Latham, Ch. TerneI'Z entschieden sich für die Annahme einer N-Fixierung (1 ), hingegen lehnte Pennington (2) diese Ansicht für Peni- cillium, Aspergillus, Alternaria und zwei Fusarien ab. Froelich (3) fand Alternaria tenuis, Macrosporium, Cladosporium und Hormodendron auf sehr N-armem Substrat gut wirksam. Goddard (4) konnte wieder bei 14 unter- suchten Pilzen aus Gartenerde keine N-Fixierung feststellen. Von 54 Hypho- mycetenformen, die Stahel (5) prüfte, wuchsen die meisten auf Agar ohne Zusatz von N- Verbindungen ; nur bei 9 Arten ließ sich aus dem Ge- deihen unter solchen Verhältnissen eine N-Fixierung „erschließen". Wenn man bedenkt, wie leicht minimale N Hg- Spuren aus der Luft, durch Ver- unreinigungen der Chemikalien bei der nötigen langen Versuchsdauer in die Kulturen gelangen-, und wie anspruchslos hinsichtlich N viele Organismen sind, muß man wohl geneigt werden, erst bessere Methoden abzuwarten, ehe eine N-Fixierung angenommen werden kann. Phoma betae scheint be- sonders befähigt zu sein, mit Spuren von N-Verbindungen auszukommen. W. Fischer (6) sah sie sogar am besten gedeihen auf Substraten ohne jeden N-Zusatz. Dasselbe war auch in Versuchen von Ternetz (7) der Fall, die sich außer auf Phoma auch auf reinkultivierte Mycorrhizapilze von Eri- caceenwurzeln erstreckten. Phoma ist nach dieser Forscherin wirksamer als Azotobacter und fixierte pro Gramm Zucker 18—22 mg N. Es wird in dieser Arbeit betont, daß man die Kulturflüssigkeit mit berücksichtigen müsse, um den vollen Ertrag der N-Fixierung zu finden, da dieselbe die Hauptmenge des assimilierten N enthält. Doch sind selbstverständlich damit die erwähnten Bedenken nicht beseitigt. Für Dematium pullulans hatte Heinze (8) N-Fixierung angenommen. Hinsichtlich der Sproßpilze darf die Angelegenheit der N-Fixierung eher als abgeschlossen gelten. Mit Ausnahme von Lipman, der selbst Sac- charomyces cerevisiae als N-bindend ansah, ist die Frage für Hefen in negativem Sinne erledigt worden. Kossowicz (9) hat seine frühere Ansicht von der N-Bindung durch Saccharomyceten, Willia, Monilia und Oidium lactis aufgeben müssen, und Lindner und Neumann (1 0) konnten bei Sac- charomyces farinosus, Blastoderma salmonicolor und Oidium lactis keine Resultate zugunsten einer N-Fixierung verzeichnen. Für Torula liegen allerdings aus früherer Zeit noch positive Angaben vor (11), die anscheinend nicht eingehende Nachuntersuchung erfahren haben. Brefeld und Falck (12) haben gefunden, daß die mit Brandpilzen in- fizierten Gräser keinen Stickstoff fixieren. Ebenso wird man den in den Früchten von Lolium temulentum und anderen Loliumarten in den meisten 1) Lipman, Journ. Biol. Chera., lo, 169 (1911). Latham, Torrey Bot. Club, 36, 235 (1909). Ch. Ternetz, Ber. botan. Ges., 22, 267 (1904). NatiKw. Rdsch., 22, 497 (1907); Jahrb. wiss. Bot., 44, 353 (1907). — 2) Pennington, Torrey Bot. Club, 38, 135 (1911). — 3) H. Froelich, Jahrb. wiss. Bot., 45, 256 (1907). — 4) Goddard, Bot. Gaz., 56, 249 (1913). Vgl. auch Heinze, Annal. mycolog., 4, 41 (1906). — 5) G. Stahel, Jahrb. wiss. Bot., 45, 579 (1911). — 6) W. Fischer, Kaiser Wilhelms Inst. Landwirtsch. Bromberg, 5, 85 (1912). R. Schander u. Fischer, Landw. Jahrb., 48, 717 (1915). — 7) Ch. Ternetz, 1. c. — 8) Heinze, Landw. Jahrb., 39, Erg.bd. 3 (1910). — 9) A. Kossowicz, Ztsch. Gär.physiol., i, 253 (1912); Biochem. Ztsch., 64, 82 (1914). Ztsch. Gär.phys., 5, 26 . (1914). — 10) P. Lindner u. Naumann, Woch.schr. Brau., 30, 589 (1913); Zentr. Bakt., 40, 536 (1914). — 11) H. Will, Zentr. Bakt, 34, 1 (1912); Scheckenbach, Diss. Er- langen (1911); Zikes, Sitz.ber. Wien. Ak., 108, I, 1091 (1909). — 12) 0. Brefeld u. R. Falck, Untersuch, a. d. Ges.gebiet d. Mycol., 13 (1905), p. 70. Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3- Aull., II. Bd. 13 194 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. Gegenden regelmäßig anzutreffenden Pilz, den FuCHS (1) auf Grund seiner erfolgreichen Kulturversuche als ein Fusarium (metachroum) anspricht, trotz der Angabe von Hannig (2), daß pilzhaltiges Lolium eine geringe N-Menge aus der Luft aufnehmen könne, kaum für etwas anderes als einen Parasiten erklären können. Die Giftigkeit der Loliumfrüchte dürfte auf der V^rpilzung beruhen. Wenig Sicheres und allgemein Gültiges läßt sich zur Zeit noch von der seit Frank (3) so benannten M y cor rhiza, oder den mit Wurzeln höherer Pflanzen so häufig symbiontisch epi- oder endophytisch lebenden Faden- pilzen und Actinomyceten sagen. Es ist sogar zweifelhaft, ob alle diese Ge- bilde biologisch und physiologisch verwandte Erscheinungen darstellen. Die ersten Mitteilungen über Wurzelpilze gab Kamienski (4) hinsichtlich der Monotropa hypopitys. Frank erkannte die weite Verbreitung solcher Gebilde, welche später durch die Untersuchungen von Schlicht, Sarauw, Groom, Janse und Stahl näher aufgehellt wurden (5), Über die Zugehörig- keit der Mycorrhizapilze wurden die verschiedenartigsten Vermutungen geäußert. Frank dachte an einen Zusammenhang mit Tuberaceen, und späterhin wurden die Mycorrhizafäden meist als Pilzhyphen aufgefaßt. Auch heute gehen in vielen Fällen die Meinungen bezüglich der Zugehörig- keit des Mycorrhizapilzes auseinander. So leitet Möller (6) die epiphytische Mycorrhiza der Pinus silvestris von Mucorineen ab, während es Fuchs gelang, durch Infektion von Pinus Strobus in sterilem Humus mit Collybia macroura Mycorrhizen zu erzielen (7), Peklo (8) aber für die Mycorrhiza der Fichte an Penicilliumarten dachte. Nach Pennington (9) ist die Mycorrhiza von Quercus rubra in Nordamerika stets gebildet durch Russula emetica, Tricholoma transmutans und Boletus speciosus. Mac Dougall (1 0) rechnet den Würzelpilz von Tilia americana zu Russula, den von Quercus alba zu Scleroderma; auf Betula sollen Boletus scaber und ein Cortinarius Mycorrhizen bilden. Für Carpinus Betulus nennt Peklo (11) ein Penicillium aus der Verwandtschaft von P. geophilum als Mycorrhizapilz, außerdem Citromyces. Zur epiphytischen Mycorrhiza ist noch die Wurzelverpilzung von Monotropa (12) zu rechnen, wenn sich bei ihren Verwandten auch bereits 1) J. Fuchs, Hedwigia, 51, 221 (1911). E. M. Freeman, Minnesota. Bot. Stud. (3), 3, 329 (1904). Phil. Trans., B, 196, 1 (1903). — 2) E Hannig, Ber. bot. Ges., 26, 238 (1908). Botan. Ztg., 65, I, 25 (1907); früher L. Hiltner, Zentr. Bakt, II, 5, 831 (1899). Ed. Hackel, Mitt. naturwiss. Ver. Steiermark (1904), p. LH, Graz 1905. — Über die verpilzten Getreidefrüchte von J. Peklo, Ber. bot. Ges., 31, 370 (1913) sind noch weitere Untersuchungen abzuwarten. — 3) A. B. Frank, Tagebl. Natforsch.-Vers. Straßburg (1886), p. 101. Ber. bot. Ges., 3. 128; Gen. Vers. -Heft, p. 27 (1885); ebenda, 5, 395 (1887); 6, 248 (1888); 9- 244 (1891); 10, 577 (1892). Forst wiss. Zentr. 1894. Vgl. L. Hiltner, Lafars Handb. techn. Mykol., 3, 64 (1907). L. Kny u. W. Magnus, Botan. Wandtafeln, XIII. Abt., Erläut. Text. Berlin 1911. — 4) Fr. Kamienski, Mem. Soc. Nat. Cherbourg, 24, 5 (1882). Bot. Zentr., jo, 2 (1887). WoRONiN, Ber. bot. Ges., 3, 205 (1886). M. Rees, Botan. Ztg., 38 (1880). — 5) A. Schlicht, Diss. Erlangen 1889. Ber. bot. Ges., 6, 269 (1888). G. Sarauw, Beiheft, bot. Zentr., 6, 24 (1896). Bot. Zentr., 53, 343 (1893). Rev. myco!., 25, 157 (1903). P. Groom, Ann. of Bot., 9, 327 (1896). J. M. Janse, Ann. jard. bot. Buitenzorg, 14, 63 (1896). E. Stahl, Jahrb. wiss. Bot., 34, 639 (1900). F. W. Neger, Naturw. Ztsch. Land- u. Forstw., i, 372 (1903). — 6) A. Möller, Botan. Zentr., 93, 257 (1903). Ztsch Forst- u. Jagdwes., 35, 257 (1903). — 7) J. Fuchs. Bezieh. V. Agaricineen z. Mycorrhiza der Waldbäume. Biblioth. Botan., 76 (1911). KnöUchen- artige Mycorrhiza b. Pin. Cembra: P. Jaccard, Act. Soc.-Helv. Sc. Nat. Winterthur (1904), p. 62. — 8) J. Peklo, Ztsch. Gär.physiol., 2. 246 (1913). Abictineen: W. NoELLE, Bot. Ztg., 68, I, 169 (1910). — 9) L. H. Pennington, Rep. Michigan Acad. Sei., 10, 47 (1908). — 10) W, B. Mac Dougall, Amer. Journ. of Bot., r, 51 (1914). — 11) J. Peklo, Ber. bot. Ges., 27, 239 (1909). — 12) Über Monotropa auch C. QuEVA, M6m. Soc. Hist. Nat. d'Autun, 22 (1909). § 7. Die Assimilation von Stickstoffgas. 195 eigentümliche Blasenhyphen in das Innere der Epidermiszellen hinein- erstrecken und so ein Übergang zur ehdophytischen Mycorrhiza gebildet wird. Sonst wuchern Hyphenäste nur in die Mittellamellen zwischen die Zellen hinein (Austauschhyphen von Kny). Das regelmäßige Vorkommen dieser epiphytischen Wurzelpilze hat schon Frank zum Gedanken bewogen, daß lebenswichtige Funktionen mit der Mycorrhizabildung zusammenhängen. In der Folge dachte man besonders an die Stickstoffixierung, doch haben die kritischen Untersuchungen von Möller (1) für Pinus montana und von Beijerinck (2) diese Ansicht wohl widerlegt. Von anderen Seiten ist mehr an irgend eine Aufschließung des Humusstickstoffes gedacht worden (3), und es ist in der Tat nicht unwahr- scheinlich, daß der Wurzelpilz durch seinen Anteil an der Ammonisation für die Wirtswurzel günstig wirkt. Doch wird es richtiger sein, wenn wir mit Stahl diese Rolle nicht zu eng fassen und allgemein die Hilfsrolle des Pilzes bei der Aufnahme der löslichen Bodenbestandteile und des Wassers betonen, zumal die Wurzelhaarbildung in solchen Fällen nur gering ist. Sodann dürfte im großen und ganzen die Ansicht zutreffen, daß es sich ur- sprünglich um einen Parasitismus handelte und der Pilz naeh und nach in ein Abhängigkeitsverhältnis zum Wirt geriet. Nadson (4) macht auf Fälle aufmerksam, wo übermäßige Mycorrhizabildung bei Quercus Absterben von Wurzeln verursachte. Von den außerordentlich verbreiteten Formen der endophytischen Mycorrhiza lassen sich je nach der Art der A.usbreitung des Pilzes in den Zellen verschiedene Bautypen unterscheiden (5), und manche Formen schließen sich direkt an die Wurzelknöllchen an. Die Durchwucherung der Rhizoiden durch Pilze bei Lebermoosen, die nach Garjeanne (6) durch Mucor rhizo- philus zustande kommt, dürfte nur in uneigentlichem Sinne den Mycorrhizen zuzurechnen sein. Bei Farnpflanzen hat man typische Mycorrhizen unter den Polypodiaceen bei D^cksonia und Cyathea kennen gelernt (7), ferner bei Botrychium (8), sowie Psilotum und anderen Lycopodiaceen (9), wo der Symbiont wohl sicher zu den echten Pilzen zählt (10). DerSymbiont in den Luftwurzeln von Cycas bedarf noch näherer Feststellung (11). Von Coniferen sind die Araucarieen, Taxodieen und Cupressineen im Besitze von endo- phytischer Mycorrhiza. Besser untersucht sind nur die Wurzelanschwellungen von i^odocarpusarten, deren Erreger nach Hiltner und Shibata (12) unzweifelhaft echten Pilzen, «ach Nobbe vielleicht einer Peronosporacee 1) A. Möller, Ber. bot. Ges., 24, 230 (1906). — 2) M. W. Beijerinck, Landbouw Tijdskr., 1904. Zugunsten der N-Gewinnung: L. Petri, Intern, agr.techn. Rdsch., 6, 1236 (1915). — 3) Vgl. v. Tubeuf, Naturwiss. Ztsch. Land- u. Forstw., j, 67 (1903). J. Peklo, Bull. Int. Ac. Sei. Boh§me, Prag (1908). 13, 1 (Monotropa). — 4) G. A. Nadson, Jährt f. Pfl.krank., 2, 26(1908). — 5) Vgl. Gallaud, Rev. G6n. Bot, 17, 5 (1905). Kny u. Magnus, 1. c. M. C. Rayner, The New Phyto- logist, 15, 161 (1916). R. Ceillier, These Paris 1912. — 6) A. J. Garjeanne, Flora, 102, 147 (1911). Beiheft, bot. Zentr., 15, 470 (1903); B. Nemec, Ebenda, r6, 253 (1904). Ber. bot. Ges., 17, 311 (1899). Peklo, Bull, internat. Ac. Sei. Boheme (1903). — 7) A. E. Scoullar u. Clute, Fern Bullet., 17, 24 (1909). — 8) M. Mar- cusE, Diss. Jena 1902. — 9) „Pilzdurchlaßzellen" der Prothalliumrhizoiden von Lycopodium: Haberlandt, Beitr. z. allg. Bot., i, 293. — 10) Psilotum: Shibata, Jahrb. wiss. Bot., 37, 643 (1902). Bernatzky, zit. bei Shibata. Solms Laubach beobachtete die Psilotummycorrhiza zuerst. — 11) F. Zach, Österr. bot. Ztsch., 60, 49 (1910). W. B. BoTTOMLEY, Proc. Roy. Soc, 5j, 284 (1909) meint, daß es sich nicht um Filze, sondern um Bact. radicicola handle. Forell, Mycorrhizen bei Cordaiten: T. G. B. Osborn, Ann. of Bot., 23, 603 (1909). — 12) Nobbe u. Hiltner, Landw. Vers.stat., 51, 160 (1899). Shib.^ta, 1. c. 13* 196 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. angehört. Die Angabe von Spratt (1), wonach es sich um Bac. radicicola handelt, steht isohert. Dank der Arbeiten von Bernard, Burgeff und anderen Forschern ist besonders die endophytische Mycorrhiza der Orchideen in ihrer Erschei- nungsweise und Biologie besser bekannt geworden (2). Mit wenigen Aus- nahmen ist sowohl bei erd- als bei baumbewohnenden Orchideen die Sym- biose eine obligatorische. Bei den meisten epiphytischen Orchideen ist nach Bernard selbst die Keimung der Samen ohne vorherige Infektion mit dem Mycorrhizapilz nicht ausführbar. Den Pilz aus Orchideenluftwurzeln, den Burgeff als Orcheomyces beschrieb, konnte Bernard mit großer Wahrscheinlichkeit in die Gattung Rhizoctonia verweisen, welche wegen der Schnallenanastomosen der Mycelhyphen mit Thelephoreen (Hypochnus) in Zusammenhang gebracht wird. Es handelt sich um mehrere Arten, eine von ihnen der Rh. violacea sehr ähnlich- Nach Bernatzky gehört die Mycor- rhiza der europäischen Erdorchideen zu den Ascomyceten (Hypomyces). Für den Symbionten der saprophytischen japanischen Gastrodia elata nahm Kusano die Identität mit Arrnillaria mellea an. Der Symbiont unserer Neottia ist noch nicht bekannt. In den vom Pilz bewohnten Zellen grenzt sich das Protoplasma um die Hyphen mit Cellulosescheiden ab, welche nach dem Absterben des Pilzes zurückbleiben und klumpige oder sternförmige Inhaltskörper aus Cellulose bilden (3). Über die übrigen zahlreichen Fälle der endophytischen Mycorrhiza ist sehr wenig bekannt (4). Wenn auch für den Fall der Ericaceen (5) durch Ternetz Hinweise gegeben sind, daß Stickstoff ixierung in Kulturen des isolierten Pilzes vorkommt und auch für Podocarpus Stickstoffixierung an- genommen wurde, so ist doch im ganzen eine größere Bedeutung solcher Funktionen für die typische endophyte Mycorrhiza wenig wahrscheinlich (6). Größere Geltung hat in neuerer Zeit eine andere, von Shibata, W. Magnus und anderen Forschern vertretene Auffassung erlangt, welche annimmt, daß die endophytische Mycorrhiza einen Kampf zwischen Wirt und Pilz larsteilt, in dem der Wirt nach Analogie der Phagocytose den Parasiten tötet und auflöst, wobei er Nahrungsstoffe gewinnt (7) Dabei würde dieser An- nahme nach der Stickstoffgewinnung aus den der Verdauung anheimfallenden Hyphen eine besondere Bedeutung beizulegen sein. Fiir diese Theorie sehe ich eine Schwierigkeit in der Erklärung der Todesursache der Pilzhyphen, da lebende Zellen durch proteolytische Enzyme nicht angegriffen werden und man noch unbekannte Angriffsstoffe des Wirtes zu supponieren hätte (8). 1) E. R. Spratt, Ann. of Bot., 26, 801 (1912). — 2) N. Bernard, Compt. rend., 138, 828 (1904), 2. Jan. 1906; Orchis (1906), Nr. 1; La Culture des Orchid^es dans ses rapports avec la symbiose. Gand 1908. Ann. Sei. Nat. (9), 9, 1 (1909); 14, 221, 235 (1911). H. Burgeff, Die Wurzelpilze der Orchideen. Jena 1909. S. Kusano, Journ. Coli. Agr. Tokyo, 4, Nr. 1 (1911). Ann. of Bot., 25, 621(1911). F. CoRTESi, Atti Soc. ital. Progr. Sei., 5, 860 (1912). W. Magnus, Jahrb. wiss. Bot., 35, 205 (1900). E. Bernatzky, Botan. Zentr., iot, 145 (1906). Neottia: J. Peklo, Flora, 96, 260 (1906). — 3) Vgl. W. Magnus, 1. c. F. Czapek, Sitz.ber. Wien. Ak., 108 (1909). V. Vouk, Bot. Zentr., 123, 491 (1913). — 4) Asarum: E. J. ScHWARTZ, Ann. of Bot., 26, 769 (1912). Aselepiadaceae: E. Busich, Zool. Bot. Ges., 63, 240 (1918). Sempervivum : F. Zach, Wien. Ak., 118, 185 (1909). Rosaceae: V. Boulet, Compt. rend,, 150, 1190 (1910). Vitis: Petri, Zentr. Bakt., II, 21, 644 (1908). Molinia: Tubeuf, Naturwiss. Ztsch. Land- u. Forstw., 1, 238 (1903) usw. Allgem.: B. C. Gruenberg, Torrey Bot. Club, j6, 165 (1909). — 5) Rayner, Ann. of Bot., 2g, 99 (1915), hält den obligaten Symbionten von Calluna für eine Phoma. — 6) Cortesi, Bull. Soc. Bot. Ital. 1911, p. 217, vertritt bezügl. der Orehideenrayeorrhiza die Ansicht, daß wahrscheinlich N-Fixierung eine Bedeutung hat. — 7) Vgl. auch Moreau, Bull. Soc. Mycol., 2g, 170 (1913). — 8) Von ein- schlägigem Interesse sind die Infektionsversuche von Magkou, Ann. Inst. Pasteur, § 7. Die Assimilation von Stickstoffgas. 197 Stahl und dessen Schüler Schatz und Weyland (1 ) halten demgegenüber auch für die endophytische Mycorrhiza an dem Gedanken fest, daß es sich in erster Linie um Gewinnung der Nährsalze handle, wenn die Pflanzen aus der Pilzsymbiose einen Vorteil ziehen. Weyland hat den Nachweis geführt, daß mycotrophe Pflanzen allgemein Harnstoff enthalten, der als ein Produkt des Pilzes anzusehen sei. Es sind weitere Erfahrungen nötig um zu entscheiden, welche biochemische Rolle dieser Eigentümlichkeit zuzuschreiben ist. Pavillard (2) hat bei seinen Untersuchungen über die Orchideenmycorrhiza die Mycotrophie in biologische Beziehung zur epiphytischen Lebensweise gebracht, indem er annahm, daß der Pilz durch seinen höheren osmotischen Druck eher im Stande sei, auf physiologisch trockenem Substrate das Wasser zu gewinnen als die Wirtspflanze. Ahn- liche Anschauungen sind es ja auch, welche Stahl hinsichtlich der myco- trophen Humusbewohner vertrat. Wie schon Hiltner hervorhob, hat man die eigentümlichen Wurzel- anschwellungen der Alnusarten, von Myrica, von Elaeagnus und Hippophae von der endophytischen Mycorrhiza zu trennen. Der Erreger der oft sehr großen holzigen Knollen an den Alnuswurzeln, der ursprünglich von Wo- RONIN (3) für eine Plasmodiophora gehalten, später meist für einen echten Fadenpilz erklärt worden ist (4), wird jetzt meist als streptothrixartige Mikrobe aus der Gruppe der Actinomyceten beschrieben (5). Nur Spratt (6) neigt dazu, diesen Symbionten zu Bac. radicicola zu rechnen, welcher in der Knöll- chenrinde als stäbchenförmiger Organismus verbreitet ist. Durch die Kultur- versuche von Hiltner, später von Möller (7), ist es wohl sichergestellt worden, daß die Erlenknöllchen mit einer ausgiebigen Stickstoffixierung dieser Pflanzen zusammenhängen, so daß sich dieser Fall ganz den Legu- minosen anreiht. Myrica scheint ähnliche Verhältnisse bezüglich der Wurzel- anschwellungen darzubieten. Die symbiontischen Mikroben werden von Peklo zu Streptothrix gestellt, von Bottomley zu Bac. radicicola (8). Die Wurzelanschwellungen der Elaeagnaceen, die übrigens wenig physio- logisch untersucht sind, scheinen einen analogen weiteren Fall von Actino- mycetenknöllchen darzustellen. Füi' Elaeagnus hat Hiltner wie für Alnus Stickstoffixierung experimentell nachgewiesen. Die eigentümlichen knöllchenartigen Bildungen an den Wurzeln von Casuarina equisetifolia, die Miehe (9) als ,,Rhizothamnien" unterscheidet, beherbergen einen sehr dünnfädigen Pilz, der vielleicht ebenfalls den Actinomyceten zuzurechnen ist. Von den Algen sind besonders die Cyanophyceen oft als Organismen, die Stickstoff aus der Luft fixieren, genannt worden. Zuerst hat Frank (1 0) 32, 37 (1918), bei Solanum tuberosum mit dem Pilz von Dulcaraara. Ein Teil der Kartoffelpflanzen (die sonst raycorrhizafrei sind) vernichtete den Pilz, ein anderer Teil ging Symbiose ein. 1) W. Schatz, Diss. Jena 1910; H. Weyland, Jahrb. wiss. Botan.. 51, 1 (1912). — 2) Pavillard, Rev. Scient., 50, 492 (1912). — 3) Woronin, Ber. bot. Ges., j, 102 (1885). — 4) Frank, 1. c. Brunchorst, Unters, bot. Inst. Tübingen, 2, 162 G.Frankia subtilis") (1886). Björkenheim, Ztsch. Pfl.krankh., j^, 128(1904). F. Zach, Wien. Ak. Sitz.ber., 117, I, 973 (1908). — 5) Shibata, Jahrb. wiss. Bot., 37, 643 (1902). Beijerinck, Zentr. Bakt., II, 6, 6(1900). Hiltner, Forstl. naturw. Ztsch (1898), p. 415. Nat. Ztsch. Land- u. Forstw., i, 12 (1903). J. Peklo, Zentr. Bakt., II, 27, 451 (1910). Ber. bot. Ges., 27, 239 (1909). R. Chodat, Bull. Soc. Bot. Genßve (2), II, 166 (1910). J. Wolpert, Jlora, 100, 60 (1909). — 6) E. R. Spratt, Ann. of Bot., 26, 119 (1912). — 7) A. Möller, Ztsch. Forst- u. Jagdwesen, 44, 527 (1912). L. Hiltner, Landw. Vers.stat., 46, 153 (1895). Forstl. Nat.wiss. Ztsch. (1898), Heft 12. — 8) W. B. Bottomley, Proc. Rov. Soc, B, 84, 215 (1911). Ann. of Bot., 26, 111 (1912). — 9) H. Miehe, Flora, '111—112, 431 (1918). — 10) A. B. Frank, Ber. bot. Ges., 7, 34 (1889). Landw. Jahrb. (1888), Heft 2. Bot. Ztg. (1893), p. 146. 198 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. für zahlreiche Erdalgenformen, sodann für Cyanophyceen Schloesing und Laurent (1 ), sowie Koch und Kossowitsch (2) diesen Gedanken geäußert, in neuerer Zeit Heinze (3). Doch wendeten bereits Gautier und Drouin (4) gegen Schloesing ein, daß es sich möglicherweise um Bacterienwirkungen handle. Für reine Chlorophyceenkulturen : Stichococcus, Chlorella, Chloro- thecium haben in der Folge die Arbeiten von Kossowitsch, Molisch, Krüger und Schneidewind (5) erwiesen, daß da keine meßbare Stick- stoffbindung vorkommt, und wahrscheinlich gemacht, daß in nicht bacterien- freien Kulturen Bodenbacterien positive Resultate verursachen können. Hinsichtlich der Cyanophyceen hat aber Beuerinck (6j die Behauptung von Schloesing und Laurent aufrecht erhalten, und sich darauf gestützt, daß diese Algen, die er zur Gruppe der Oligonitrophilen rechnet, Gegenwart reichlicher organischer Stoffe vermeiden. Dies ist nach den Erfahrungen von Pringsheim(7) richtig, und die bisher genau studierten Blaualgen müssen jeden- falls zu den typisch autotrophen Organismen gezählt werden. Ob man daraus aber auf die Fähigkeit, N zu fixieren, schließen darf, ist eine andere Frage. Die Erfahrungen von BoRESCH (8) im hiesigen Laboratorium über die Wirkungen von Stickstoffmangel auf Phormidiumarten, haben nur gezeigt, daß bei Nichtdarreichung von Stickstoffnahrung die Ausbildung des Chloro- phylls leidet (9). Jedenfalls werden über diese Verhältnisse erst vollkommen bacterienfreie Kulturen Aufschluß geben können, da man Azotobacter mehrfach in Gemeinschaft mit Algen gefunden hat (10), und Bouilhac (11) Nostoc punctiforme als Bacteriensymbionten angibt. Auch die Mitteilung vouOes (12) über die Stickstoff ixierung durch Azolla, wobei die Anabaena eine wesentliche Rolle spielen soll, müßte in bezug auf die Mitwirkung von stickstoffixierenden Bacterien einer Nachprüfung unterzogen werden. Noch zweifelhafter bleiben die Angaben von Mameli und Pollacci (13), wonach zahhreiche höhere Grünalgen und auch das Moos Amblystegium irriguum Stickstoff aus der Luft zu fixieren imstande seien. Es erübrigt uns, die Stickstoffixierung durch Bacterien näher zu be- trachten. A. Assimilation von Stickstoff gas durch freilebende Bacterien (14). Die ersten Beobachtungen über Stickstoffanreicherung in Boden- proben welche frei von höheren Pflanzen sind, und keine andere Quelle zum Bezüge von Stickstoff besitzen, als die atmosphärische Luft, rühren 1) Th. Schloesing f. und Laurent, Compt. rend., 113, 776, 1059 (1891); ii5> 732 (1892). — 2) A. Koch u. P. Kossowitsch, Bot. Ztg. (1893), II, 321. Hell- riegel, Ztsch. Rüb. zuck. -Ind. (1897). — 3) B. Heinze, Zentr. Bakt., II, 16, 640 (1906); Landw. Jahrb., 35, 889 (1907). — 4) A. Gautier u. R. Drouin, Compt. rend., 113, 820 (1891). — 5) P. Kossowitsch, Bot. Ztg. (1894), I, 97; H. Molisch, Sitz.ber. Wien. Ak., 104, I, 793 (1895). W. Krüger u. W. Schneidewind, Landw. Jahrb., 29, 771 (1900). — 6) Beuerinck, Zentr. Bakt., II, 7, 562 (1901). — 7) E. Pringsheim, Beitr. Biol. d. Pfl., 12. — 8) K. Boresch, Jahrb. wiss. Botan., 52, 145(1913). — 9) Vgl. auchW. Magnus u. Schindler, Ber. deutsch, bot. Ges., 30, 314 (1912). —10) Mit Volvox: J. Reinke, Ber. bot. Ges., 21, 481 (1903); mit Oscillarien: H. Fischer, Zentr. Bakt, II, 12, 267 (1904). — 11) R. Bouilhac, Compt, rend., 123, 828 (1896). Bouilhac u. Giüstiniani, Ebenda, 137, 1274 (1904); 138, 293 (1904). — 12) A. Oes, Ztsch. Botan., 5, 145 (1913). Für die Auabaena in Cycas- wurzeln: W. B. Bottomley, Rep. Brit. Assoc. Adv. Sei., 1911, p. 786. — 13) E. Mameli u. G. Pollacci, Atti Ist. Bot. Pavia, 15, II, lö9 (1911). — 14) Zusammenfassende Literatur: L. Lutz, Les microorganismes fixateurs d'azote, Paris 1904; R. H. France, Zentr. Bakt., II, 32, 1 (1911) über „edaphische Orga- nismen"; H. Fischer, Ber. bot. Ges., 28, p. (10) (1910). A. Koch, Lafars Handb. techn. Myco]., 3, 1 (1907). H. Pringsheim, Mediz. Klinik (1912). Nr. 2. 0. Damm, § 7. Assimilation von Stickstoffgas. |99 von Berthelot (1) her, welcher alsbald den Vorgang auf Mikroben zurückführte, da die N-Fixation im Winter nicht zu beobachten war, und durch Erhitzen auf 100° aufgehoben werden konnte. Berthelot bezeichnete direkt Bacterien als die Urheber dieser Stickstoffanreiche- rung. Ihm folgten darin D^h^irain und Maquenne(2), welche von einem Buttersäureferment in der Ackerkrume berichteten und vielleicht unreine Kulturen wirksamer Clostridien in Händen hatten, sowie Gautier und Drouin(3), während Schloesing (4) die Stickstoffixierung auf unbebautem Boden überhaupt in Abrede stellte. Die Arbeiten Berthe- lots fanden in der Folge durch Pagnoul, Tacke, Immendorff, Alpe und Menozzi (5) Bestätigung. Jedoch scheiterten die Bemühungen Berthelots die wirksamen Mikroben zu isolieren, und er kam dazu eine ganze Reihe von Organismen, schließlich auch Schimmelpilze, mit der Stickstoffixierung im Ackerboden in Verbindung zu bringen. Unter diesen Verhältnissen war es ein großer Erfolg, als es Winogradsky (6) 1893 gelang, sein Clostridium Pasteurianum, einen großen, anaeroben, dem Fitz sehen Bacillus butyricus ähnlichen Bacillus aus verschiedenen Bodenproben zu isolieren, welcher sicher aus einer von Ammoniak usw. sorgfältig befreiten Luft seinen Stickstoffbedarf zu decken vermag, und hierbei in zuckerhaltiger Nährlösung Buttersäuregärung hervorruft In zwei Versuchen auf einem anfangs absolut N-freiem Substrate, das 4% Zucker enthielt, betrug der N-Gewinn nach 20 bzw. 15 Tagen 28,87 mg und 24,68 mg N. Winogradsky sprach die Vermutung aus, daß das Bacterium im Plasma aus freiem Nj und nascierendem H„ der bei der Buttersäuregärung entsteht, zunächst NH3 bilde. Sehr geringer Zusatz von NH3 oder Nitrat beschleunigte wohl die Zucker Vergärung der Mi- krobe, vermehrte jedoch nicht den endlichen N-Gewinn. Organische N- Verbindungen waren wirkungslos. Fügte Winogradsky auf 100 g Zucker mehr als 0,6g Ammoniak- oder Nitrat-N hinzu, so hörte die Fixierung des Luftstickstoffes gänzlich auf. Unter den von Winogradsky gebotenen Kulturbedingungen band das Clostridium auf je lg Glucose etwa 2,5 bis 3 mg Luftstickstoff. Auf Gelatine wuchs das Clostridium in Winogradskys Kulturen nicht, sondern es mußte auf Möhrenscheiben innerhalb einer flach ausgebreiteten Schichte zuckerhaltiger Flüssigkeit kultiviert werden. Die Lösung bestand aus 1000g Wasser, lg Trika- liumphosphat, 0,5 g Magnesiumsulfat, 0,01 bis 0,02 g NaCl, FeSO^, MnSO^, 20— 40 g Glucose, und CaCOg-Zufügung. Diese in fast allen Böden auf der ganzen Erde nachgewiesene Mikrobe kommt nach Winogradsky in Prometheus, 26, 522 (1915). Eddelbüttel, Mykolog. Unters, u. Ber., j, 256 (1916). Die stickstoffixierenden Bacterien können nach Lipman, Bot. Gaz., 51, 454 (1911), als „Azotobacterien" zusammengefaßt werden. 1) Berthelot, Compt. rend., loi, 775 (1885); 104, 205, 625 (1887); jo6, 569, 1049, 1214 (1888); 107, 372 (1888); 108, 700 (1889); 109, 277, 417 (1889); 115, 569 (1892); 116, 842 (1893). Ann. Chim. et Phys. (6), 30, 419 (1893). Die N-Fixation durch den Boden wurde auch von Nicolai, Justs Jahresber. (1883), I, 46, und Strecker, Journ. Landw., j^, 1 (1886) bestätigt, doch ohne bestimmte Angabe, daß der freie Luft-N fixiert werde. — 2) Deherain u. Maquenne, Bull. Soc. Chim., 39, 49 (1883). Deherain, Compt. rend., 108, 781, 873 (1889); loi, 1273 (1885). Ann. Agron., 12, 17 (1886). — 3) Gautieb u. Drouin, Compt. rend., 106, 754, 863, 944, 1098, 1174, 1233, 1605 (1888). —4) Th. Schloesing f., ebenda, 106, 805, 898, 982, 1123 (1888); J07, 290 (1888); 109, 210, 345 (1889). Boussingault, Agronomie, 7, 175. — 5) Pagnoul, Compt. rend., iio, 910 (1890). B. Tacke, Landw. Jahrb., 18, 439 (1888). H. Immendorff, Ebenda, 2/, 281 (1892).. Alpe u. Menozzi, Kochs Jahresber. (1892), 213, — 6) S. Winogradsky, Compt. rend., 116, 1385 (1893); 118, 353 (1894). Arch. Sei. Biol. Petersburg, j, 297 (1895); Zentr. Bakt., II, 9, 43 (1902). 200 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. der Natur stets mit zwei aeroben Arten vergesellschaftet vor, welche wahrscheinlich zur Herstellung der erforderlichen Sauerstoffarmut der Bodenluft dienlich sind, und hierfür von ihrem Konsorten Stickstoff- verbindungen zur Verfügung gestellt erhalten. Omeliansky(I) hat in neuerer Zeit das Clostridium Pasteurianum mit dem noch zu erwähnen- den Azotobacter in allen Böden Rußlands sehr verbreitet nachgewiesen. Clostridium ist etwas stärker N-bindend als Azotobacter. Es wächst am besten bei 30", erträgt aber noch gut Ib^. Seine Sporen erwiesen sich durch 20 Jahre haltbar. Außer diesem Clostridium Pasteurianum, welches Haselhoff und Bredemann(2) in verschiedenen Bodenarten Deutschlands in diffe- renten Formen überall vorfanden, von Perotti(3) in der römischen Campagna aber nur sehr selten angetroffen wurde, wird N-Fixierung von einer Reihe anderer anaerober Clostridiumformen angenommen. So hat Bredemann (4) für die so verbreiteten Formenkreise des Bac. amylo- bacter Stickstofffixierung in mehr oder weniger hoher Ausbildung an- gegeben und gefunden, daß man die in künstUcher Kultur verloren- gegangene Befähigung zur N-Fixierung durch Passagekultur in steriler Erde wiederherstellen kann. Dasselbe gilt auch für den Bac. astero- sporus (5). Auf Moorboden herrschte in den durch Ritter (6) unter- suchten Fällen gleichfalls ein anaerobes Clostridium vor. Das durch Pringsheim (7) von der Schale amerikanischer Kartoffeln isolierte Clostr. americanum ist fakultativ aerob und gedeiht auch bei Luftzutritt. Es fixierte qantitativ schwächer N als Pasteurianum, erreichte aber einen höheren Endbetrag. Ein aerobes Clostridium, das aus Gartenerde isoliert wurde, erwies sich weniger wirksam als americanum (8). Als Kohlen- stoffquelle waren verschiedene Zucker und Kohlenhydrate geeignet, auch Mannit, besonders in schwächeren Konzentrationen (9). Bei Gegenwart von Salpeter bleibt das Ergebnis der N-Bindung hinter jenem in N- freier Lösung zurück; Gl. americanum hört auf Luft-N zu binden, wenn in der Nährlösung mehr als 0,04 Salpeter-N enthalten sind (10). Die zweite Gruppe von stickstoffixierenden Erdmikroben, die sich um die als Azotobacter bezeichneten Formenkreise schart, umfaßt nur typisch aerobe Bacterien. Nachdem 1900 durch Krüger und Schneide- wind (11) von den Versuchsfeldern zu Halle ein N-fixierendes Bacterium isoliert worden war, das binnen 62 Tagen 4,6 bis 8,5g Luft-N in Ei- weiß-N überführte, lieferte Beijerinck(12) in seiner Arbeit über oligoni- trophile Bacterien die genaue Beschreibung zweier hierher zählender Formen. „Oligonitrophil" nennt dieser Forscher jene Bacterien, die in Nährsubstraten „ohne absichtlich zugefügte N-Verbindungen, aber auch ohne daß Fürsorge getroffen wird, um die letzten Spuren dieser Ver- bindungen zu entfernen" leben können. Die gewöhnlichen saprophy- tischen Formen mit großem Bedarf an organischen N-Verbindungen 1) Omeliansky, Arch. Sei. Biol. Petersburg, i8, 327, 338, 459 (1915); 19, 162, 209 (1917). Internat, agr.techn. Rdsch., 8, 989. — 2) E. Haselhoff u. G. Bredemann, Landw. Jahrb. (1906), 35, p. 381. — 3) R. Perotti, Atti Acc. Line. (5), j^, II, 623 (1905). — 4) G. Bredemann, Zentr. Bakt., II, 23, 385 (1909). Ber. bot. Ges., 26, 362 u. 795 (1908). — 5) G. Bredemann, Zentr. Bakt, II, 22, 44 (1908). — 6) G. A. Ritter, Ebenda, 34, 577 (1912). — 7) H. Pringsheim, Ebenda, 16, 795 (1906); 24, 488 (1909). — 8) St. Rosenblat-Liechtenstein u. H. Pringsheim, Ebenda, II, j6, 468 (1913). — 9) H. Pringsheim, Ebenda, 20, 248 (1907). — 10) Ders., Ebenda, 40, 21 (1914). — 11) Krüger u. Schneidewind, Landw. Jahrb., 29, 801 (1900). — 12) Beijerinck, Zentr. Bakt., 7, 661 (1901). Arch. Neerl. (2), 8, 190 u. 319 (1903). § 7. Die Assimilation von Stickstoffgas. 201 faßt Beijerinck als „polynitrophile" Arten zusammen, die in der Mitte zwischen beiden Extremen stehenden Formen als „mesonitrophil". Als N-fixierend beschrieb Beijerinck zwei große, Diplococcen oder Kurz- stäbchen bildende Bacterien, welche er in die neue Gattung Azotobacter einreihte: Az. chroococcum mit rundlichen, meist unbeweglichen, in älteren Stadien oft braun gefärbten Zellen und den lebhaft beweglichen Az. agilis. Beide Formen verlangen sehr geringe Spuren von N-Ver- bindungen in ihrem Substrate, wenn sie wachsen und Luft-N fixieren sollen. In möglichst N-frei hergestelltem Substrate stand ihr Wachs- tum bald still. Als Kohlenstoffquelle empfahl Beijerinck Mannit, der nur sehr schwierig der Buttersäuregärung anheimfällt. Die Clostridien, oder Granulobacter, wie sie Beijerinck nennt (1), sind nach ihm meso- nitrophil und mikroaerophil, und zeigen angeblich ihre volle Wirksamkeit erst dann, wenn sie als Konsorten von Azotobacter leben. Die Entdeckung Beijerincks wurde alsbald durch Gerlach und Vogel, Winogradsky, Freudenreich verschiedenen Ortes bestätigt (2), und gegenwärtig kennt man eine große Zahl von Formen (Löhnis und Westermann (3) zählen derer 21 auf), die in die Gattung Azotobacter ge- hören. Erwähnenswert sind die von Lipman und Burgess (4) aus ameri- kanischen Böden isolierten drei neuen Arten. Az. chroococcum ist aber noch immer die wichtigste Art. Durch die Zellgröße und die dicken Gallert- hüllen (5) kann dieser Spaltpilz an Cyanophyceen, etwa eine farblose Aphano- capsa, erinnern, und er ist auch durch die oft auftretenden sarcinaartigen Bildungen und Streptococcenverbände auffallend, so daß man die Gruppe Azotobacter auch vom morphologischen Standpunkte aus beibehalten kann (6). Seine Morphologie hat Prazmowski (7) ausführlich behandelt. Zur Isolierung der Azotobacterformen benutzt man die günstige Wirkung von Kalk und Mannitlösung auf ihr Wachstum. Remy (8) schlug vor, 9 Teile CaCOa und 1 Teil Calciummonophosphat, mit BEUERiNCKscher Mannitlösung befeuchtet, zu sterilisieren und dann in Petrischalen mit Boden- aufguß zu impfen. In wenigen Tagen entstehen so große, durch den braunen Farbstoff leicht kenntliche Azotobactercolonien. Organisch saure Calcium- salze, wie Malat, Acetat, Lactat, Propionat sind nach Beijerinck (9) gleich- falls zur Isoherung geeignet. Nach dem Anhäufungsverfahren von Gerlach und Vogel läßt man 20 g frische Erde in geräumigen bedeckten Schalen mit 100 ccm der Nährlösung (1000 HgO; 2 Glucose, 0,5 KH2PO4, 0,5 NaCl, 0,5 CaCOg, etwas FeS04) übergössen 2-3 Tage bei 28" stehen. Man findet sodann auf der Oberfläche schwimmende Bacterienmassen, welche oft so 1) Vgl. Beijerinck u. A. van Delden, Zentr. Bakt., 9, 3 (1902). — 2) Gerlach u. Vogel, Ebenda, II, 8, 669 (1902; 9, 817 (1902); E. v. Freuden- eeich, Ebenda, /o, 514 (1903). A. Koch, Verh. Ges. Nat. Karlsbad 1902, I, 182 (1903). Lafars Handb. techn. Mykol., j, 1 (1904). — 3) F. Löhnis u. T. Wester- mann, Zentr. Bakt., 22, 234 (1908). — 4) Lipman u. Burgess, Zentr. Bakt., II, 44, 481 (1915). — 5) Schleimbildung: R. Gr. Smith, Linn. Soc. N.S.- Wales (1906), p. IV, Oct. 31. — 6) Systemat. Stellung: Löhnis, Zentr. Bakt., II, 42, 1 (1914). — 7) A. Prazmowski, Bull. int. Ac. Sei. Cracovie (1911), p. 739; (1912), 3 B, p. 87. Zentr. Bakt., 33, 292 (1912). H. Fischer, Verh. Nat. Hist. Ver.. Rheinlande, 62, 135 (1905). B. Heinze, Ann. Mycol., 4, 41 (1906). Az. Vinelandii: J. G. Lip- man, New Jersey Ex. Sta. Rep. 1908, p. 137. D. H. Jones, Zentr. Bakt., 38, 14 (1913); 40, 52 (1914). Proc. Trans. Roy. Soc. Canada, 7, 43 (1914). Cytologie: BoNAZzi, Journ. Agric. Res., 4, 225 (1915). Variation: Jones, Zentr. Bakt., II, 42, 68 (1914). Pigmentbildung: Headden, Science, 40, 379 (1914). — 8) Th. Remy, Landw. Jahrb., 35, Erg.bd. IV, p. 1 (1906). — 9) M. W. Beijerinck, Ak. Amster- dam, 17, 46 (1908). 202 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. reichlich Azotobacter enthalten, daß man direkt auf Glucose-Agar (100 H2O + 2 Agar + 0,2 Glucose + 0,2 KH2PO4) ausstreichen kann. Eventuell wird mit 1 ccm der Ausgangskultur das Verfahren mit etwa 50 ccm Nährlösung wiederholt. Leicht alkalische Reaktion des Substrates wirkt günstig (1). Auch in gut gelüftetem Quarzsand bei Gegenwart von Mannit oder Lactose und kleinen Mengen CaCOg wächst Azotobacter in Reinkultur sehr üppig (2). Das Maximum der Wirkung beobachtete Krzemieniewski (3) in frisch mit Erde geimpfter Nährlösung; in Reinkulturen wird die Wirksamkeit geringer. KocH fand ebenfalls, daß die Kulturen in den ersten Lebenstagen viel mehr N binden als später; 10 mg N auf 1 g Zucker gebunden dürfte für die tatsächliche Leistung zu niedrig bemessen sein. Reiner N-freier Sand, mit Zuckerlösung versetzt, reichert nach Impfung mit Bodenaufschwemmung deutlich Stickstoff an (4). Außer Mannit und Glucose zeigen nach Stoklasa auch Pentosane und Arabinose günstige Wirkung (5). Versuche mit Nährlösungen stehen bezüglich der N- Fixierung der Wirkung von natürlichen Böden nicht nach (6). Bemerkenswert ist die Feststellung von KRZEMiENiEWSia (7), daß natürlicher Humus, ob- wohl er weder als C- noch als N- Quelle wirkt, das Wachstum von Azoto- bacter höchst günstig beeinflußt, so daß 17 mg N pro Gramm Glucose gebunden werden. Zuckerhumus hat diese Wirkung nicht. Das Temperatur- optimum war bei diesen Versuchen 28" C, das Minimum 9°; 33° setzte schon herab. Zuckerzusatz erfüllt seine günstige Wirkung als Nährstoff für Azoto- bacter auch als Zusatz zum natürlichen Boden (8). In der Natur spielt die Cellulosezersetzung offenbar eine wichtige Rolle bei der Zuckerbeschaffung für Azotobacter (9) und es dürfte deswegen das gemeinsame Vorkommen mit Clostridien, die zur Cellulosespaltung befähigt sind, von Bedeutung sein (10). AußergewöhnUch hoher Nitratgehalt des Bodens tötet Azoto- bacter ab (11). Sonst fand Heinze (12) die Azotobacterformen auch in stick- stoffreichem Boden gut gedeihend. 1) G. S. Fraps, Biochem. Zentr., 4, Ref. Nr. 174. — 2) C. Hoffmann u. B. W. Hammer, Zentr. Bakt., 28, 127 (1910). A. Krainsky, Ebenda, 26, 231 (1910); Lüftungsvorrichtung: P. Schneider, Landw. Jahrb., 35, Erg.bd. IV, 63 (1906). Reinkulturmethoden: Lipman u. Burgess, Zentr. Bakt., II, 44, 481 (1915); Jones, 1. c. 1914. — 3) S. Krzemieniewski, Anzeig. Ak. Krakau (1907), p. 746. — 4) A. Koch, Journ. f. Landw., 57, 269 (1909); Zentr. Bakt., 37, 570 (1911). Über die günst. Wirk. v. Glukose auch W. B. Bottomley, Proc. Roy. Soc, B, 82, 627 (1910). Dextrin: Bottomley, Ebenda, 85, 466 (1912). — 5) J. Stoklasa, Zentr. Bakt., II, 21, 484 (1908). Fr. Stranak, Ztsch. Zuck.Ind. Böhm., 33, 599 (1909). — 6) H. Green, Zentr. Bakt., 41, 577 (1914). — 7) S. Krzemieniewski, Anzeig. Ak. Krakau (1908), p. 929. G. Rösing, Zentr. Bakt., jj, 618 (1912); A. DziERZBicKi, Anzeig. Ak. Krakau (1910), p. 21; H. Kaserer, Nat. Ges. (1911), II, j, 292; J. DvoRiK, Ztsch. landw. Vers.wes. Österr., 15, 1077 (1912). F. Löhnis u. H. Green, Zentr. Bakt., 40, 52 (1914). Über organische Nahrung ferner: Putnam, The Bacteria of Nebraska Soil, Lincoln 1913; Mulvania, Science, 42, 463 (1915). Wachstum in reinem Äther (?): Mockeridge, Biochem. Journ., 9, 272 (1916); Cauda, Staz. sper. agr. ital., 49, 125 (1916); Williams, Zentr. Bakt., 45, 386 (1916). — 8) A. Koch, Mitteil. Deutsch. Landw. Ges., 12, 117 (1907). A. Koch, Litzen- DORFF, Krull u. Alves, Journ. f. Landw., 55, 355 (1907). — 9) Vgl. Mc Beth, Bur. of- Plant. Ind. Wash., 131, C, 25 (1914). Christensen, Zentr. Bakt., 43, 1 1915). — 10) Vgl. H. Pringsheim, Biol. Centr., 31, 65 (1911) und Omeliansky, Arch. Sei. biol. Inst. Imp. med. Petrograd, 19, 162 (1916). — 11) W. G. Sackett, Zentr. Bakt., 34, 64 u. 81 (1912). Nachweis, daß Azotobacter nicht nitrifiziert: Kellerman u. Smith, Zentr. Bakt., 40, 479 (1914); Headden, 1. c. (1914). Düngung mit Salpeter: DtJGGELi, Viertel]. sehr. Naturf. Ges., Zürich, 62, 394 (1917). — 12) B. Heinze, Landw. Jahrb., 35, 889 (1907). Hanzawa, Zentr. Bakt., 41, 573 (1914). § 7. Die Assimilation *on Stickstoffgas. 203 Der Mineralstoffgehalt des Substrates beeinflußt das Leben von Azoto- bacter sehr stark (1). Besonders das Kalkbedürfnis ist, wie viele Untersucher gezeigt haben (2), sehr ausgeprägt vorhanden. Der förderliche Einfluß von Phosphaten ist mehrfach sichergestellt (3). Die früher behauptete Ent- behrlichkeit von Kali für Azotobacter ist widerlegt (4). Trotz der relativ großen Resistenz von Azotobacter kann in Alkalisalzböden Schädigung er- folgen, wobei Carbonate am schädhchsten wirken, Alkalisulfat am wenig- sten (5). Auch die Wirkungen des Salzantagonismus treten bei Azotobacter nur schwach hervor (6). In der Literatur sind sodann Angaben über För- derung durch Eisen- und Mangansalze vorhanden (7); nach Stoklasa soll radioaktive Luft die N-Fixierung begünstigen (8). Prazmowski (9) be- richtet, daß Metallhydroxydsole, Silicate, Carbonate keine fördernde Wirkung entfalten. Über Hemmungen und Stimulation durch verschiedene organische Stoffe vgl. Reed und Williams (1 0). Während manche Forscher, wie Heinze, der Meinung sind, daß es Böden, in denen Azotobacter fehlt, überhaupt nicht gibt, vermißte Koch in nicht wenigen Feld- und Waldböden diese Bacterien; solche Böden hatten auch nicht die Fähigkeit, nach Zuckerzusatz N anzureichern. Thiele (1 1 ) vermißte Azotobacter in hochgelegenen Gebirgsböden. Ritter (12) konnte Azotobacter in Moorböden nicht finden, sondern nur anaerobe Clostridien. In wärmeren Ländern dürfte er ebenso in der alten, wie in der neuen Welt verbreitet sein (13). Von tropischen Ländern ist Java näher untersucht. Kuijff(14) gab an, daß er Azotobacter nur sehr selten bei der bacterio- logischen Bodenanalyse angetroffen habe, hingegen aber eine Reihe von neuen fakultativ anaeroben Formen, die zur StickstoffixierUng befähigt sind. LÖHNIS und PiLLAi geben für die N-fixierende Flora von südindischen Reis- feldern gleichfalls Azotobacter nicht an, sondern Bacterien aus der Pneu- 1) F. LöHNis u. N. K. PiLLAi, Zentr. Bakt., II, 20, 781 (1908). — 2) S. u. H. Krzemieniewski, Anzeig. Ak. Krakau (1906), p. 560. H. R. Christensen, Zentr. Bakt., II, 19, 735 (1907). H. Fischer, Journ. f. Landw. (1905), p. 61 u. 289; Zentr. Bakt., 14, 33 (1905). Beijerinck, Akad. Amsterdam, 17, 46 (1908). F. A. MocKERiDGE, Ann. of Bot., 26, 871 (1912). Christensen, Zentr. Bakt., 43^ 1 (1915); Tidskr. Landbr. Plante avh, 21, 321 (1914); Weis u. Bornebusch, Forstl. Forsögsvaes., 4, 319 (1914). — 3) B. Heinze, Zentr. Bakt., II, 14, 171 (1905). A. DziERZBiCKi, Anzeig. Ak. Krakau (1910), p. 21. Vgl. auch C Hoffmann, Zentr. Bakt., II, 36, 474 (1913) über den Phosphorgehalt und Äoteingehalt von Azotobacter. — 4) H. Krzemieniewski, Anzeig. Ak. Krakau (1908), p. 445; Gerlach u. Vogel, Zentr. Bakt, II, 70, 636 (1903). — 5) Ch. B. Lipman u. L. T. Sharp, Ebenda, J5, 647 (1912). N-Fixierung in Coloradoböden reichlich: Headden, Colorado Agr. Coli. Bull., 186, 1 (1913). Förderung durch Phosphate, MgSO«: Cauda, Staz. sper. agr. ital,, 4g, 125 (1916). — 6) Vgl. Lipman u. Burgess, Zentr. Bakt., 42, 502 (1914); Journ. Agr. Sei. 6, 484 (1914). — 7) Mangan: J. Stoklasa, Zentr. Bakt., II, 21, 484 (1908). RocASOLANO, Intern, agr.techn. Rdsch., 7, 739 (1916). Eisen: G. Rö- siNG, Zentr Bakt., 33, 618 (1912). Stimulation durch Arsen: Greaves, Zentr. Bakt., 42, 244 (1914); Journ. Agr. Res., 6, 389 (1916). — 8) J. Stoklasa, Corapt. rend., 157, 879 (1913). — 9) A. Prazmowski, Anzeig. Ak. Krakau (1912), p. 855. — 10) H. S. Reed u. Williams, Zentr. Bakt., 43, 166 (1915). Die Förderung durch „bacterisierten" Torf führt Bottomley, Proc. Rov. Soc. Lond., B, 88, 237 (1914); 8g, 102 (1915); Bot. jQurn., j, 49 (1914), Ann. of Bot., 28, 531 (1914) auf Vitamine zurück. — 11) R. Thiele, Landw. Vers.stat., 63, 161 (1905). — 12) G. A. Ritter, Zentr. Bakt., 34, Ö77 (1912). Desgleichen Th. Arnd, Zentr. Bakt.', II, 45, 554 (1916). — 13) Italien: R. Perotti, Acc. Line. Roma (5), 14, II, 623 (1905). Amerika: W. G. Sackett, Zentr. Bakt., 34, 64 (1912); E. G. Peterson u. E. Mohr, Ebenda, 38, 494 (1913); 40, 169 (1914). Lipman u. Burgess, Zentr. Bakt., II, 44, 481 (1915). In Europa: H. R. Christensen, Ebenda, 17, 109 (1906); 43, 1 (1915). Schneide- wind, Kühn- Archiv, 5, 57 (1914); Rußland: Omeliansky, Arch. Sei. Biol. Inst. Imp. m6d. Petrograd, ig, 162 (1916). — 14) E. de Kruijff, Bull. Dep. Agr. Ind. N6erl., 30, 18 (1909); ib. 1906; Zentr. Bakt., II, 26, 54 (1910). 204 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. moniae- Gruppe (1). Es ist aber nach Groenewege (2) anzunehmen, daß an geeigneten Orten auch in den Tropen Azotobacter nicht selten an- zutreffen ist. Nach den Untersuchungen von Benecke und Keutner (3) ist ferner sowohl Clostridium Pasteurianum als Azotobacter chroococcum im Schlick des Meeresgrundes und im Plankton der Ostsee nachzuweisen. Das Clostridium fehlte mitunter in Planktonproben, der Azotobacter wurde nie vermißt. Für eine damit vergesellschaftete Form, ein sehr großes Clostridium, konnte der Nachweis einer N-Fixierung nicht erbracht werden. Nach Keding (4) lebt Azotobacter regelmäßig epiphytisch auf Algen in der westlichen Ostsee. Im Dünensande des. Strandes wurde er besonders in der Nähe der Strand- haferwurzeln reichhch angetroffen. Er verträgt bis 8% NaCl- Gehalt des Bodens. In den Mooren des Strandgebietes hingegen wurde er vermißt. Daß Azotobacter chroococcum auch im Mittelmeere vorkommt, hat Benecke (5) gezeigt. Wie Keutner fand, fehlen Azotobacter und Clostridium auch im Süßwasserplankton nicht. Besonders im schleimigen Überzuge von Fadenalgen scheinen N-fixierende Bacterien reichlich vorzukommen (6). Nach Beijerinck spielen Konsortien mit anderen Bacterien auch bei Azotobacter eine Rolle. Beijerinck und van Delden fanden Gemische von Azotobacter chroococcum mit Aerobacter aerogenes (Bacillus lactis aero- genes) und Bac. radiobacter stark wirksam und nahmen an, daß die beiden Konsorten des Azotobacter durch letzteren das Vermögen der N- Bindung erlangen. Von Stoklasa (7) ist jedoch Radiobacter als ein denitrifizierender Organismus angesprochen worden, welcher keinen Stickstoff bindet, sondern Ng freimacht. Über manche andere als Stickstoff fixierend beschriebene Bacterien sind noch genauere Untersuchungen abzuwarten. So gab Kaserer (8) für den von ihm isolierten Bac. Hiltneri an, daß er Cyanide in N2 und COg zerlegt und durch Umkehr dieser Reaktion imstande ist, in zuckerhaltiger Lösung N zu fixieren. Perotti (9) beschrieb Pseudomonas leuconitrophilus aus der römischen Campagna als eine Mikrobe, die in BEIJERINCK-Nährlösung geringe Stickstoffmengen fixiert. Pringsheim (1 0) berichtete über thermophile N-assimilierende Bacterien. Den CARONschen Bac. Ellenbachensis, auch Alinitbacillus genannt, eine dem Bac. megatherium ähnliche, doch mit Bac. anthracis verwandte Form, hat man endgiltig aus der Reihe der Stickstoff fixierenden Bacterien zu streichen (11). Auch die Bacterienkulturen von KüHN-Charlottenburg haben sich als unwirksam er- wiesen (12). 1) F. LöHNis u. N. K. PiLLAi, Zentr. Bakt., II, ig, 87 (1907); J. H. Walton, Mera. Dep. Agr. India Bact. Ser., i, 98 (1915). — 2) J. Groenewege, Med. Proef- stat. Java Suik. Ind. (1913), p. 241. — 3) W. Benecke u. J. Keutner, Ber. bot. Ges., 27, 333 (1903). Reinke, Ebenda, p. 371, 22, 95 (1904). J. Keutner, Wiss. Meeresuntersuch, Abt., Kiel, NF. Bd. VIII (1904). — 4) M. Keding, Wiss. Meeres- untersuch., N. F. IX (1908). — 5) W. Benecke, Ber. bot. Ges., 25, 1 (1907). — €) Vgl. Hofer, Mitteil, dtsch. landw. Ges., 1915, p. 13. H. Fischer, Zentr. Bakt., II, 46, 304 (1916). — 7) J. Stoklasa, Biochem. Zentr., 5, 457 (1906); Ber. bot. Ges., 24, 22 (1906). H. Fischer, Ebenda, 35, 423 (1917). — 8) H. Kaserer, Verh. Nat.forsch. Ges. (1906), II, i, 171; Ztsch. landw. Vers.wes. Österr., 10, 37 (1907). — 9) R. Perotti, Annal. di Botan., 4, 213 (1906). Volpino, Zentr. Bakt., II, 15, 70 (1905). — 10) H. Pringsheim Ebenda, jj, 23 (1911). — 11) Lit. E. Caron, Landw. Vers.stat. 44, 401 (1895); Stoklasa u. Vitek, Zentr. Bakt., 8, 257 (1901). Kolkwitz, Ebenda, 5 (1899); Sewerin, Ebenda, 9, 712 (1902). Bayer, Chem. Zentr. (1902), I, 366; C. Schulze, Landw. Jahrb.. jo, 319 (1901); Krüger u. Schneidewind, Ebenda, 28, 579 (1899). B. Heinze, Zentr. Bakt., II, 8, 391 (1902). Br. Tacke, Chem. Zentr. (1901), II, 556; L. Malpeaux, Ann. Agron. (1901), 191. E. Jakobitz, Ztsch. Hyg., 45, 97 (1903). — 12) P. Wagner, Dtsch. landw. Presse, 45, 49, 55 (1919). Vogel, Ebenda, 1917, p. 522. H. Fischer, Westpreuß. landw. Mitt., 22, 3 (1917). § 7. Die Assimilation von Stickstoffgae. 20& Über die praktische Bedeutung der bacteriellen Stickstoffixierung ist viel gescJirieben worden (1 ), und manche übertriebene Vorstellungen über Rolle und landwirtschaftliche Ausnutzung solcher Prozesse sind im Laufe der Zeit auf das richtige Maß beschränkt worden. Man hat sich vor Augen zu halten, daß es sich um langsam und stetig verlaufende Naturprozesse handelt, die erst in relativ sehr langer Zeit zu namhaften Effekten führen, andererseits aber andauernde Wirkungen hervorbringen. Deswegen hat man nicht zu erwarten, daß die Bodenimpfung mit freilebenden Stickstoff fixierenden Bacterien eine nennenswerte praktische Wichtigkeit erlangen wird (2) Kritik ist auch deswegen sehr am Platze, weil mit dem Regen und Schnee im Laufe der Zeit, besonders in der Nähe von Städten, nicht unbe- trächtliche Ammoniakmengen in den Boden gelangen müssen, deren Wir- kungen sich in nicht unmittelbar zu übersehender Weise zu der bacteriellen Wirkung addieren werden. Ziemlich unklar in ihrer Bedeutung sind die in der Literatur vorhandenen Angaben über Stickstoffbindung durch steri- lisierten, sehr porösen Boden von mäßig hohem Wassergehalt, die nicht un- bestritten geblieben sind (3). Nach den vorliegenden Angaben (4) ist die Stickstoffixierung im Boden bei mittlerem Feuchtigkeitsgehalt am lebhaftesten. In Böden von höherem Feuchtigkeitsgehalt scheinen die aerophilen Formen zurückzutreten, während sie in den minder wasserhaltigen Böden gegenüber Clostridium vorherrschen. J. KÜHN hat auf den namhaften Effekt der Stickstoffixierung im Boden an der Hand eindrucksvoller Daten aufmerksam gemacht. Eine 20 Jahre ohne N-Düngung verbliebene Versuchsparzelle hatte jährlich einen Durch- schnittsertrag von 1976 kg Körnern pro Hektar geliefert, und es konnte nicht nur keine Verminderung des jährlichen Ernteertrages infolge all- mählichen Verbrauches des Düngerstickstoffes im Laufe der Jahre fest- gestellt werden, sondern eine Steigerung der Körnerproduktion von 11,6%. Die jährliche Roggenernte entnahm pro Hektar dem Boden 25—30 kg Stick- stoff, und diese N-Menge mußte der atmosphärischen Luft entstammen. Nach der Schätzung Kuhns wurden dem Versuchsfelde jährHch 66 kg N durch die Tätigkeit der Bodenmikroben pro Hektar zugeführt. Übrigens speichert auch das abgefallene Laub des Waldbodens ganz beträchtliche Quantitäten N durch die Wirkung der darin lebenden Mikroben (5) und Henry schätzte die durch Eichen- und Buchenlaub jährhch pro Hektar gespeicherte N-Menge auf 13 resp. 22 kg. Die Stickstoff fixierenden Bacterien scheinen nach den von A. Koch (6) angeführten Beobachtungen von Behrens sich schon auf den kahlen Steinen der Weinberge reichHch anzu- 1) Vgl. Th. Pfeiffer, Stickstoffsammelnde Bacterien, Brache und Raubbau, Berlin 1904; Löhnis, Zentr. Bakt., 15, 361 (1905). Vogel, Ebenda, p. 33; Schneide- wind, Ebenda, 21, 437 (1908); A. Koch, Journ. f. Landw., 57^ 269 (1909); A. No- WACKi, Dtsch. landw. Presse, 38, 166 (1911); P. Ehrenberg, Fühlings landw. Ztg., 62, Heft 13, p. 449 (1913). H. Fischer, Zentr. Bakt., II, 22, 654 (1909). F. Mar- shall, Die Naturwiss., i, 791 (1913). Bodenklima: Th. Remy, Zentr. Bakt.,. II, 22, 561 (1909). — 2) Bodenimpfung: E. B. Vorhees u. J. G. Lipman, Journ. Amer. Chem. Soc, 27, 556 (1905); Lipman, Zentr. Bakt, II, 21, 541 (1908); J. Stokl.\sa, österr. Chem.-Ztg., (2), 12, 128 (1909). W. B. Bottomley, Proc. Roy. Soc, B, 81, 287 (1909). — 3) H. Warmbold, Diss. Göttingen (1905); Zentr. Bakt., II, 20, 121 (1907); Landw. Jahrb., 35, 1 (1906). Th. Pfeiffer, P. Ehrenberg u. Reichen- bach, Mittei). Landw. Inst. Breslau, j, 899 (1906). — 4) A. E. Traaen, Zentr. Bakt., II, 45, 119 (1916). Lipman u. Sharp, Bot. Gaz., 59, 402 (1915). — 5) J. Kühn, Fühlings landw. Ztg. (1901), p. 2. Kochs Jahresber., 12, 366 (1901). Die Aktivität in kultiviertem und jungfräulichem Boden von Utah: Greaves, Zentr. Bakt., II, 41, 444 (1914). — 6) Henry, zit. bei Koch, 1. c, p. 195. L. Monte- martini, ßtaz. Sper. Agr. Ital., 38, 1060 (1906). 206 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. siedeln und so die ersten Anfänge der Vegetation auf dem unbewachsenen Gestein zu vermitteln. Moler (1) gibt an, daß Azotobacter durch Erdamöben sehr gern aufgezehrt wird und der gebundene N auf diesem Wege seinen organischen Kreislauf beginnt. Hinsichtlich der theoretisch-chemischen Seite der bacteriellen N-Fixie- rung (2) befinden wir uns noch nicht einmal im Beginn der Forschung. Es v,-urde schon erwähnt, daß Winogradsky bei den Clostridien aus nas- cierendem Hg und Ng Ammoniak entstehen läßt. Bonnema (3) dachte, daß der primäre Prozeß eine durch katalytische Wirkung des Eisenoxyd- hydrates im Boden bedingte Oxydation des Ng zu NgOg sei, und erst die gebildete salpetrige Säure von den Bacterien assimiliert werde. Stoklasa übertrug die Hypothese von der reduzierenden Wirkung gleichzeitig ent- stehenden Ha auf den Luft-Ng auf die Aktion von Azotobacter, bei dem er Hg-Bildung nachgewiesen zu haben meint. Da aber nach anderen Unter- suchungen nur CO 2 als Atmungsprodukt erscheint, so liegt es nahe anzu- nehmen, daß Stoklasas Kulturen Beimengungen anderer Mikroben ent- halten haben. Es ist auch darauf hingewiesen worden (4), daß möglicher- weise der Stickstoff fixierende Vorgang mit einer Umkehr des bekannten Zerfalles von Ammoniumnitrit zu Ng und HgO identisch sein könne und Ammoniumnitrit direkt aus dem Ng entstehen könne. Obwohl dieser Vor- gang chemisch möglich ist, so fehlen alle Anhaltspunkte für solche Hypo- thesen. Der Nachweis von Nitrit in den N assimilierenden WurzelknöUchen (5) kann nicht eindeutig auf solche Vorgänge bezogen werden. Man kennt verschiedene sehr interessante Synthesen von Ammoniak aus seinen Elementen unter der katalytischen Wirkung von Metallen (6), auch Salpetersäuresynthese aus den Elementen bei gewöhnlicher Temperatur unter dem Einfluß dunkler elektrischer Entladung (7), selbst Bildung von Ammoniumnitrit durch Katalyse mit Platinschwarz (8), doch haben bisher diese Erfahrungen, ebensowenig wie die modernen Methoden zur Ausnutzung des Luft-N (9) eine Wichtigkeit zum Verständnis der bacteriellen N-Fixierung erlangen können. Auf die Methodik, die speziell zur Stickstoffbestimmung im Boden und zur Eruierung kleinster N- Gewinne in neuester Zeit ausgearbeitet worden ist, kann hier nicht eingegangen werden. Mitscherlichs Arbeiten (1 0) sowie die Untersuchungen von Thiele und anderen Forschern (1 1 ) werden hierüber zu vergleichen sein. Das Argon der Luft ist nach den Feststellungen von Schloesing (12) 1) T. Moler, Bot. Notis. (1916), p. 163. — 2) A. Koch, Verh. Ges. Nat. (1902), I, 182 (1903). Lafars Handb. techn. Mykol., j, 1 (1904). — 3) A. Bonnema, Chem.-Ztg., 27, 148, 825 (1903). Zentr. Bakt, 10, 598 (1903). — 4) F. Czapek, Ergebn. d. Physiol., 2, I, 644 (1903). Andere Möglichkeiten sind erwogen bei B. Heinze, Zentr. Bakt, II, 12, 364 (1904). —5) R. Klein, Beih. bot. Zentr., 30, I, 141 (1913). — 6) Durch Eisen: E. Ph. Perman, Roy. Soc. Lond., 76, A, 167 (1905). Nickeloxyd: L. Brunel u. P. Woog, Compt. rend., 145, 922 (1907). Anorganische Ammoniaksynthese: Serpek, Verh. Naturf. Ges., 1913, II, j, 394. — 7) Berthelot, Compt. rend., 142, 1367 (1906). — Stickstoffaufnahme von Alkohol unter dem Einfluß stiller Entladung mit NHa-Bildung: W. Lob, Biochem. Ztsch., 20, 136 (1909). — 8) 0. LoEW, Journ. Agric. Sei., j, Pt. III (1909). — 9) Vgl. A. Neuberger, Ztsch. angew. Chem., 18, 1761 (1905). M. Bodenstein, Ebenda, 19, 14 (1906). — 10) E. A. Mitscherlich, Landw. Vers.stat., 70, 406 (1909) Landw. Jahrb., 38, 533 (1909). Ztsch. angew. Chem., 22, 631 (1909). Landw. Jahrb., J9, 345 (1910). — 11) Thiele, Zentr. Bakt., 15, 498 (1905). Ch. S. Lipman u. Pressey, Journ. Ind. Eng. Chem., 5, 143 (1913); A. Hutin, Ann. Chim. anal, appl., 18, 426 (1913); zur N-Bestimmung noch: P. L. Hibbard. Journ. Ind. Eng. Chem., 2, 463 (1910); H. R. Ellis, Chem. News, 102, 187 (1911). — 12) Th. Schloesing f. Compt. rend., 125, 719 (1897). § 8. Assimilation von Stickstoffgas durch symbiontisch lebende Bacterien. 207 an dem Kreislaufe der Stoffe durch die pflanzlichen Organismen in keiner Richtung beteiligt. Fortsetzung: Assimilation von Stickstoffgas durch symbiontisch lebende Bacterien (i). Relativ sehr spät begann die uralte Erfahrung, daß manche Pflanzen wie die Leguminosen, den Reichtum an Bodendüngerstoffen steigern (schon die antiken landwirtschaftlichen Schriftsteller berichten davon), in der modernen Biologie eine Rolle zu spielen. Die älteren Forscher, wie Thaer, Davy (2), Berzelius, bei denen sich übrigens der Ver- dacht auf Bindung von Luft-N durch diese Pflanzen schon ausgesprochen findet, befassen sich nicht näher mit dieser Frage, ebensowenig Saussure. Erst BoussiNGAULT (3) trat 1838 an diese Angelegenheit heran, und es ist von hohem historischen Interesse und viel zu sehr vergessen worden, daß sich in den ersten Arbeiten dieses bedeutenden Mannes die viel später von Hellriegel mühsam neugefundenen Differenzen zwischen der Stickstoffernährung der Leguminosen (Klee, Erbsen) und Getreide (Weizen, Hafer) vollständig richtig ausgesprochen finden. Es heißt da- selbst: „Man findet 1. daß bei der Keimung weder Klee noch Weizen einen Gewinn oder Verlust an N zeigen, der sich durch die Analyse nachweisen ließe; 2. daß während der Keimung diese Samen Kohlen- stoff, Wasserstoff und Sauerstoff verlieren und daß jedes dieser Elemente in dem Verhältnis, in welchem diese Verluste stattfinden, in seiner Menge während der einzelnen Keimungsstadien Schwankungen zeigt; 3. daß während der Kultur von Klee in einem absolut düngerfreien Boden und unter alleinigem Einflüsse der Luft und des Wassers, diese Pflanzen C, H, 0, und eine durch die Analyse feststellbare Menge N gewinnen; 4. daß der Weizen, genau unter denselben Bedingungen gezogen, an die Luft und an das Wasser C, H und 0 abgibt, aber die Analyse nach Beendigung der Kultur dieser Getreidepflanze weder einen Gewinn noch einen Verlust an Stickstoff konstatieren kann." Und weiter: „Die Versuche zeigen, 1. daß die Erbsen, welche in einen absolut unfruchtbaren Boden gesät und mit reinem Wasser begossen worden waren, sich vollständig ent- wickeln konnten und alle Phasen der Vegetation durchlaufen konnten, bis dib Samen zur Vollreife gediehen. Der Stickstoff gehört zu denjenigen Elementen, welche dem Wasser oder dei Atmosphäre entnommen und von der Pflanze assimiliert werden; 2. daß der Klee, welcher in einem fruchtbaren Boden sich entwickelte und in der Folge ohne Mitwirkung von toter organischer Substanz kultiviert wurde, ebenso Stickstoff fixiert hatte; 3. daß der Hafer, von einem gedüngten Boden weggenommen und unter die nämlichen Bedingungen gestellt, wie der Klee, der Luft 1) Zusammenfassung: L. Hiltner, Lafars Handb. techn. Mykol., 3, 24(1907). — 2) H. Davy, Element. Agrik. Chem. (1814), p. 412 sagt: „Erbsen und Bohnen scheinen in allen Fällen sehr geeignet, einen Boden füi Weizen zuzubereiten und in manchen reichen Gegenden, wie in dem aufgeschwemmtem Erdreich von Parret (am Fuße der südlichen- Dünen in Sussex) werden eine Reihe von Jahren hindurch ab- wechselnd die Felder mit ihnen bestellt. Erbsen und Bohnen enthalten eine geringe Menge einer dem Eiweißstoffe analogen Substanz; es scheint aber, daß dieser Stick- stoff, welcher einer Bestandteil dieser Substanz ausmacht, von der Atmosphäre her- rühre." — 3) BoussiNGAULT, Compt. rend., 6, 102; 7, 889 (1838). Ann. Chim. et Phys. (2), 67, 1; 6g, 353 (1838). Die Landwirtschaft in ihrer Beziehung zur Chemie. Deutsch von Graeger, 2. Aufl., i, 48 (1861). 208 FünfunddreißigBtes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. wohl Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff entzog, ohne aber Stickstoff zu assimilieren, indem die Analyse im Gegenteil einen kleinen Verlust an diesem Stoffe erwies." BoussiNGAULT mißtraute jedoch mit der weiteren Vervollkommnung seiner Versuchstechnik diesen Erstlingsversuchen und ließ sie später un- beachtet, wozu auch die ungünstige Aufnahme seiner Arbeiten (1) bei- getragen haben mochte, welche gerade in die Zeit der Liebig scheu Theorien von der Ammoniakgewinnung aus der Atmosphäre fielen. Die späteren Arbeiten von Ville (2), welche Boussingault widerlegte, sprachen den Gegensatz zwischen Leguminosen und Nichtleguminosen nicht in der präzisen Art aus, in der sich Boussingault zuerst geäußert hatte. Und als der letztgenannte Forscher für Helianthus und andere Objekte durch genaue Versuche gezeigt hatte, daß sich für die Annahme einer N-Bindung durch Phanerogamen keine wissenschaftlichen Argumente beibringen lassen, wurde auch die Frage nach der Eigenart der Legumi- nosen bezüglich der N-Düngung nicht weiter bearbeitet. Nur Lawes und Gilbert (3) waren es, die, ihre Dezennien hindurch währenden Kultur- versuche zu Rothamsted fortsetzend, die Anreicherung des Ackerbodens an Stickstoff bei fortgesetzter Kultur von Leguminosen dauernd im Auge behalten hatten. In das Jahr 1886 fällt der Abschluß der denkwürdigen Untersuch- ungen von Hellriegel und Wilfarth über diese Frage, worüber Hell- riegel in jenem Jahre zuerst Bericht erstattete (4). Die beiden Forscher stellten aufs neue die Sonderstellung der Leguminosen bezüglich ihres Verhaltens zur Stickstoffdüngung fest, zu ihren Untersuchungen wiederum veranlaßt durch die landwirtschaftlichen Erfahrungen mit Leguminosen- kulturen, welche namentlich Schulz-Lupitz (5) in neuerer Zeit eingehend erörtert hatte. Schulz-Lupitz hatte auch die Einteilung der Kultur- gewächse in „Stickstoffzehrer" und „Stickstoffsammler", zu welchen letzteren er alle Leguminosen rechnete, neuerlich betont. Hellriegels großes Verdienst ist es, 1. die Stickstoff anreicherung durch die Leguminosen endgültig außer Zweifel gestellt zu haben und die isolierte Stellung dieser Gruppe in diesem Verhalten nachdrücklich betont zu haben; 2. den Zusammenhang dieser stickstoffbindenden Tätigkeit mit der Aus- bildung von Wurzelknöllchen an diesen Gewächsen erkannt zu haben, was vordem noch keinem Forscher gelungen war; 3. konnten Hellriegel und Wilfarth zeigen, daß die Bildung von Wurzelknöllchen durch Darreichung von Bodenaufguß in knöllchenfreien Kulturen erzwungen 1) Vgl. di^ Kritik von Meyen in dessen „Jahresbericht" (1838), p. 2. Auch Mulder, welcher früher (Journ. prakt. Chem., 32, 344 (1844) N-Fixierung durch die Pflanzen angenommen hatte, zog später seine Meinung zurück. — 2) Ville, Compt. rend., 34, 104; 36, 469, 650; 38, 705, 723; 41, 757 (Bericht der Kommission der Akademie zu Paris; Ann. Chim. et Phys, (3), 49, 197 (1857). — 3) J. B. Lawes u. Gilbert, Journ. Chem. Soc, 47, 380 (1886). — 4) Hellriegel, Tagebl. Nat.forsch. Vers. Berlin (1886), p 290. Chem. Zentr. (1886), p. 871. Wilfarth, Tagebl. Nat.- forsch. Vers. Wiesbaden (1887), p. 362. H. JIelleiegel u. H. Wilfarth, Ztsch. Ver. Rüb. Zuck. Ind., Nov. 1888, Beilageheft (234 pp.). Ber. bot. Ges., 7, 138 (1889). Wilfarth, Verh. Nat.forsch. Vers. Bremen, 2, 549 (1890). Hellriegel, Forsch. Agr. Phys., 10, 63 (1887). — 5) Schulz-Lupitz, Landw. Jahrb. (1881), Heft 5—6. Die Kalidüngung auf leicht. Boden (1888). Justs bot. Jahresber. (1883), I, 51. Maercker, Ebenda, p. 48. Früher: J. H. Gilbert, Justs Jahresber. (1877), p. 681. E. Gatellier, Biederm. Zentr. Agr. Chem. (1879), p. 305. W. 0. Atwater, Amer. Chem. Journ., 6, 365 (1886). Landw. Jahrb. 1885, p. 621. Ber. chem. Ges., 18, 286. Zur N- Versorgung der Leguminosen ferner: J. Lutoslawski, Zentr. Agr. Chem.» 28, 688 (1899). § 8. Assimilation von Stickstoffgas durch symbiontiBch lebende Bacterien. 209 werden kann, und der Bodenaufguß durch Erhitzen seine Wirksamkeit verhert: somit eine Infektion durch Mikroben höchstwahrscheinlich ist. Bis zur Auffindung der Bacterien selbst war es nur ein relativ kleiner Schritt weiter. Die N-Aufnahme der Leguminosen aus der Luft sowie der Weg dieser Aufnahme war durch Hellriegel klar gezeigt worden. Nach Hellriegel, dessen Ergebnisse alsbald durch Lawes und Gilbert (1) bestätigt wurden, ist das Wachstum und der Stickstoffgewinn der Gramineen streng abhängig vom Nitra^gehalte des Bodens (2). Boden- aufgußdarreichung vermag dieses Verhältnis in keiner Weise zu ändern. Die Leguminosen sind im natürlichen Boden von einer steigenden Nitrat- darreichung in ihrem Gedeihen völlig unabhängig. In sterilisiertem Boden aber stellt sich auf Nitratdüngung hin ein ähnliches Verhältnis ein wie beim Getreide. Fügt man Bodenaufguß hinzu, so wird jenes Verhältnis wiederhergestellt, welches bei der Kultur auf normalen Böden herrscht. Die von Hellriegel erschlossene N-Aufnahme der Legumi- nosen aus der Luft wurde bald darauf durch exakte analytische Unter- suchungen ergänzt. Schloesing und Laurent (3) erzogen Leguminosen in sterilisiertem Sande in sterilen Glaszylindern, welche mit einer genau gemessenen Menge Sauerstoff (20— 257o), COg (6— 9%) und Stickstoff (65 — 70%) gefüllt wurden, und begossen dieselben in der einen Ver- suchsreihe mit sterilem Wasser allein, in einer anderen mit sterilem Wasser, in welchem W^urzelknöllchen verrieben waren. Nach 3 Monaten wurden die Zylinder evacuiert und der Luftstickstoff bestimmt. Die beiden Forscher fanden nur in der zweiten Versuchsreihe ein Minus an Luft-N nach Ablauf des Versuches, und zwar in zwei Fällen mit Erbsen- kulturen folgende Werte: Zu Beginn des Versuches ein- geführt 2681,2 ccm 2483,3 ccm N Nach Beendigung des Versuches wiedergefunden 2652,1 „ 2457,4 „ „ Somit ein Verlust von .... 29,1 „ 25,9 „ „ oder 36,5 mg 32,5 mg Die Pflanzen hatten alle KnöUchen gebildet. Die mit sterilem, reinem Wasser begossenen Exemplare der ersten Reihe hingegen hatten keine Knöllchen und als N-Gewinn ergaben sich nur 0,6 mg. Diese Differenzen ließen sich im weiteren ausschließlich an Leguminosen, nicht aber bei anderen Phanerogamen feststellen, und ein N-Gewinn der letz- teren auf Kosten des atmosphärischen Stickstoff gases war nie zu kon- statieren. Bei dem obigen Versuche an Erbsen ergab sich schließüch folgende N-Bilanz: I N in Boden und Saatgut . . . 32,6 mg N in der Erde 73,2 N-Gewinn der Pflanzen .... 40,6 II III (nicht infiziert) 32,5 mg 32,5 mg 66,6 33,1 34,1 0,6 1) Lawes u. Gilbert, Proc. Roy. Soc, <^7, 86 (1890). Prove, Ztsch. landw. Vor. Bayern (1892), p. 85; (1893), p. 59 u. 101. — 2) Vgl. die Photographien bei Paul Wagner, Düngungsversuche mit Chilisalpeter. Darmstadt. — 3) Th. Schloe- sing u. E. Laurent, Compt. rend., iii, 750 (1890); 113, 776 (1891); J15, 881, 1017 <1892). Ann. Inst. Pasteur, 6, p. 65; ebenda, p. 824. C z a p e k , Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 14 210 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. Als diese grundlegenden Tatsachen bekannt geworden waren, kon- zentrierte sich das Interesse auf die bereits durch Malpighi (1) ab- gebildeten, in der älteren Literatur bald als Gallenbildungen, pathologische Erscheinungen, bald als Speicherorgane bezeichneten Wurzelknöllchen der Leguminosen (2). Für die erste Ansicht schien die Gegenwart pilzlicher Organismen darin zu sprechen (Gasparrini und später Woronin waren wohl die ersten, welche die in den zentralen Parenchymzellen in außer- ordentlich großer Masse vorfindlichen stäbchenförmigen Körperchen für Bacterien ansahen); für die andere Ansicht konnte man den durch die Analysen von Troschke (3) festgestellten hohen Gehalt an Fett und Eiweiß verwerten. Troschke fand für die Lupinenwurzelknöllchen 86,95% Wasser- gehalt, für die Wurzeln 76,81%. Seine Analyse ergab: In 100 Teilen Trockensubstanz: Knöllchen Wurzeln Reinasche 7,51 4,07 Rohfett 5,33 1,31 Rohfaser 9,43 52,95 Gesamtstickstott 7,25 1,13 Rohprotein 45,31 7,16 Eiweiß 31,59 5,02 N-freie Extraktstoffe .... 32,42 34,61 in 100 Teilen Reinasche: K,0 Na,0 CaO MgO Fe^Os Mn^Og P,0, SO, SiO, Gl Knöllchen 16,90 25,87 10,03 10,82 1,82 0,69 16,19 11,74 3,11 3,28 Wurzeln 12,80 24,11 11,23 11,61 0,34 0,68 8,84 24,27 4,45 3,38 Sani (4) fand bei den Wurzelknöllchen von Faba einen Wassergehalt von 83,12%, Gesamtstickstoff 0,965%,. In den Blättern war nur 0,8% Gesamt-N enthalten. Bei der Hydrolyse der Wurzelknöllchen vmrde Asparaginsäure, Glykokoll und Phenylalanin nachgewiesen. Erwähnung verdient der Nachweis von Harnstoff und TJrease als normale Bestandteile von Wurzelknöllchen (5) Die Annahme, daß es sich bei den Knöllchen um eine Symbiose mit eingedrungenen Organismen handelt, finde ich zuerst von Schindler (6) ausgesprochen; Lundström (7) hat sodann die Wurzelknöllchen als 1) Malpighi, Opera omnia, Londini 1686, Tome I. De seminum vegetatione, p. 4, 7. Degallis, p. 33; Abbildungen (Faba) Tab. II, IV. Nach G. E. Mattei, Malpighia, 19, 217 (1905) hatte bereits 1586 Dalechamp die Wurzelknöllchen studiert und 1674 Boccone dieselben als besondere Eigenschaft der Leguminosen entdeckt. — 2) Vgl. Candolle, Prodromus, II, 312 (1825); Treviranus, Bot. Ztg. (1853), p. 393; Glos, Ann. Sei. Nat. (3), 12, 18 (1849); 18, 364 (1852); Gasparrini, Osser- vazioni sulla strutt. dei tuberc. di» alc. plante Legum. ; Lachmann, Ztsch. Lehranst. Poppeisdorf (1856), p. 37. Woronin, M6m. Ac. Sei. P6tersb., lo, |Nr. 6 (1866). Ann. Sei. Nat. (5), 7, 84; Eriksson, Stud. öfver Legum. rotknölar Lund 1874; CoRNU, Compt. rend., 81, 955 (1875); Justs Jahresber. (1878), I, 162. Th. Dyee, Ebenda (1876), II, 1273. Warming (f. Elaeagnus), Ebenda (1876), I, 439. L. Kny, Sitz.ber. Bot. Ver. Brandenburg (1878), p. 55. Bot. Ztg. (1879), p. 537. A. B. Frank, Ebenda, p. 377. Prillieux, Bull. Soc. Bot. (2), i, 98 (1879). — 3) Troschke, Justs Jahresber. (1884), I, 61. Auch Breal, Compt. rend., 107, 397 (1888). Auch DE Vries, Landw. Jahrb. (1877), p. 233 sah die Knöllchen als normale Bildungen an. — 4) G. Sani, Atti Acc. Line. (5), 19, II, 207 (1910). — 5) Benjamin, Proc. Roy. Soc. N.S.- Wales, 49, 78 (1915). — 6) Fr. Schindler, Botan. Zentr., 18, 84 (1884). — 7) A. N. Lundström, Ebenda, 28, 283 (1886); 32, 159, 185 (1888). M. Ward, Phil. Trans. Roy. Soc, 17S, 173 (1886). § 8. Assimilation von Stickstoffgas durch symbiontisch lebende Bacterien. 211 „Mycodomatien" bezeichnet. Der letztgenannte Forscher verteidigte auch die Ansicht, daß die von Woronin als Bacterien erkannten Inhalts- körperchen pilzlicher Natur seien, gegen die von Brunchorst und TscHiRCH geäußerte Meinung (1), daß die „Bacteroiden", wie Brunchorst jene Inhaltskörperchen nannte, normale Gebilde des Zelhnhaltes darstellen. WurzelknöUchen und ähnliche Gebilde wurden im Laufe der Zeit außerhalb der Ordnung der Leguminosen, wo sie allgemein verbreitet (2) als Gruppenmerkmal vorkommen, noch vielfach gefunden. Doch bleibt es größtenteils festzustellen, inwieweit diese Vorkommnisse mit den Legu- minosenknöllchen vergleichbar sind. Die schon erwähnten Wurzelanschwel- lungen von Alnus (3), von Myrica (4) und bei deii Elaeagnaceen (5) differieren von den Leguminosenknöllchen durch den Erreger, den man derzeit zu den Actinomyceten rechnet. Die Stellung der bei den Coniferen (Podocarpus, Cryptomeria) (6) gefundenen Gebilde ist ganz unsicher ; der Symbiont gehört vielleicht zu den höheren Pilzen. Die Wurzelanschwellungen der Cycadeen werden nach der Meinung von Spratt (7) durch Bac. radicicola erzeugt, außerdem ist in ihnen Azotobacter und Anabaena vorhanden. Für die Knöll- chen der Wurzeln von Datisca cannabina wird von Montemartini (8) mit Bestimmtheit angegeben, daß es sich wie bei den Leguminosen um Bac- terienknöUchen handle. In den „WurzelknöUchen" der Rhinanthaceen werden die Körnchen von Jülg (9) nicht für Bacterien gehalten. Die ,,Rhizo- thamnien" von Casuarina equisetifolia sind nach Miehe (1 0) von einem symbiontischen Actinomyceten bewohnt. Bei den WurzelknöUchen von Ceanothus, die den Erlenknöllchen ähnlich sind (11), handelt es sich nach BoTTOMLEY um Bact. radicicola als Erreger. Über die Fälle von Isopyrum biternatum (12) und Tribulus (13) ist nichts sicheres bekannt. Inwiefern in allen diesen Fällen N-Fixierung eine Rolle spielt, ist größtenteils unklar. Beijerinck (14) hat 1888 endgültig gezeigt, daß Brunchorsts „Bacteroiden" tatsächlich Bacterien sind, welche wohl ungewöhnliche Gestaltungsverhältnisse zeigen, sich jedoch aus Knöllchen auf Gelatine- nährboden überimpfen lassen, und daselbst fortwachsen. Der Bacillus radicicola, wie Beijerinck diese Mikrobe zu benennen vorschlug, ließ sich aus allen Leguminosen in sehr ähnlichen Formen isolieren, von denen 1) J. Brunchorst, Ber. bot. Ges., j, 241 (1883). Unt. bot. Inst. Tübingen, 2, 151 (1886). Bot. Zentr., 2,/, 222 (1885). A. Tschirch, Ber. bot. Ges., 5, 58 (1887). Auch Mattirolo u. Buscalioni, Malpighia, i, 536 u. 464 (1887). Für Alnus u. Elaeagnus: Frank, Ber. bot. Ges., 5, 50 (1887). Der von Frank, Ebenda, 10, 170 (1892) behauptete „Dimorphismus" der WurzelknöUchen existiert nicht, wie Möller, Ebenda, p. 568 gezeigt hat, sondern betrifft nur Altersdifferenzen. — 2) Auch Scorpiurus keine Ausnahme: Nicolas, Bull. soc. bist. nat. Afrique du Nord, 6, 136 (1915). — 3) Woronin, Mem. Ac. Sei. P§tersb., 10, Nr. 6 (1866). Ann. Sei. Nat. (5), 7, 84. Bornebusch, Tidskr. f. Skovaes., 26, 28 (1914). — 4) J. Brunchorst, Bot. Zentr., 33, 209 (1888). Möller, Ber. bot. Ges., 8, 217 (1890). — 5) Warming, Justs Jahresber. (1876), I, 439. — 6) Van Tieghem u. Douliot, Bull. Soc. Bot., J5, 105 (1888). Podocarpusknöllchen: Schürhoef, Ber. bot. Ges., 37, 373 (1919). r- 7) E. R. Spratt, Ann. of. Bot., 26, 801 (1912). — 8) L. Montemartini, Acc. Line. Roma (5), 15, I, 144 (1906). A. Trotter, Bot. Zentr., 90, 196 (1902). — 9) E. Jülg, Ber. dtsch. bot. Ges., 34, 427 (1916). Früher L. Koch, Ebenda, 5, 350 (1887); Sperlich, Beiheft, bot. Zentr., jj, 437 (1902); Beijerinck, Bot. Ztg. 1888. — 10) Miehe, Flora, 111—112, 431(1918). Z. Kamerling, Nat. Tijdschr. Ned. Ind, 71, 73 (1912). — 11) Sarauw, B.eiheft. bot. Zentr., 6, 24 (1896); ebenda zit. Atkin- son. Bottomley, Ann. of Bot., 2g, 605 (1915). --12) N. T. Mac Dougal, Minnesota Bot. Stud. (1894), p. 39. — 13) B. L. Issatschenko, Bull. Jard. Bot. Petersb., jj, 23 (1913). — 14) M. Beijerinck, Bot. Ztg. (I888), p. 725. 14* 212 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. schon Beijerinck zwei Gruppen unterschied. Dieselbe Mikrobe ist nach Beijerinck freilebend in Wasser und Boden weit verbreitet. Als Nähr- substrat benutzte man zunächst Erbsen- oder Fabastengel-decoct-Gelatine. Da es daraufhin Prazmowski (1) gelang, diese Resultate zu bestätigen, und durch Impfen aus Kulturen, die viele Generationen hindurch auf künstlichem Substrate gezogen waren, erfolgreich Leguminosen in sterilem Boden zu infizieren, d. h. dieselben zur Knöllchenbildung zu bringen, darf man in diesen Arbeiten den Abschluß der von Hellriegel an- gebahnten Auffassungen über den Weg der N-Aufnahme der Leguminosen erblicken. Die Erklärung der gegabelten und buchtigen Bacteroidenformen im Inhalte der Knöllchenzellen hat manche Schwierigkeit verursacht. Daß die Bacteroiden, wie einst Frank (2) annahm, ein Gemisch von Bacterien- und Phanerogamenplasmen seien („Mycoplasma"), sowie, daß die ganze Pflanze von dem infizierenden „Rhizobium leguminosarum" Franks durch- wuchert ist, darf eine völlig widerlegte Theorie genannt werden. In einer weiteren Mitteilung hat Prazmowski (3) den Infektions- gang aus den Radicicola-Kulturen auf Wurzeln in N-freiem, sterilem Sande verfolgt und die Knöllchenbildung beobachtet. Beijerinck (4) wies nach, daß die Bacterien nur in den Knöllchen der infizierten Pflanze vor- kommen, ein Befund, der durch Zinsser (5) bestätigt worden ist. Schließlich haben die schönen Versuche von Nobbe und seinen Mitarbeitern (6) bewiesen, wie streng lokalisiert die Knöllchenbildung an dem Wurzel- system steriler Pflanzen im Sande in der Nähe der Impfstelle erfolgt. Andererseits ist im Sinne der Feststellungen von Hellriegel die N-Fixierung strikte an die Knöllchenbildung gebunden, so daß von einer Unabhängigkeit dieser Befähigung von der Gegenwart des Bac. radicicola in den Knöllchen nicht gesprochen werden kann. Daß die N-Assimilation wirklich nur in den Knöllchen stattfindet, und nicht auch in den Blättern (7), geht mit großer Bestimmtheit aus den Versuchen von Nobbe und HiLTNER (8) hervor, welche zeigten, daß bei kräftig N-fixierenden Knöllchen tragenden Pflanzen die Tätigkeit sofort erlischt, sobald man sie unter Wasser taucht, indem das Wasser die Knöllchenbildung schwer beeinträchtigt. Luftmangel spielt anscheinend bei diesem Effekte keine Rolle. In der Folge waren die Fragen zu beantworten, wie der Bac. radicicola in künstlichen Kulturen ernährt wird, ob er für sich allein N fixieren kann, oder ob die phanerogame Wirtspflanze hierbei irgendeine aktive Bedeutung hat. Ferner, Wie in der Natur die Infektion der Keimlinge 1) A. Prazmowski, Ber. Akad. Krakau, Juni (1889); Botan. Zentr., J9, 356 (1889). In einer früheren Mitteilung (ebenda, j6, 216 [1888]) äußerte er sich noch nicht so bestimmt. — 2) A. B. Frank, Ber. bot. Ges., 7, 332 (1889); 6, Gen. Vers.- Heft, p. 87 (1888). Landw. Jahrb., 19, 623 (1890). — 3) A. Prazmowski, Landw. Vers stat., 37, 161 (1890); 38, 1 (1890). Auch J. Lew, Diss. Halle (1889); E. Breal, Compt. rend., 109, 670 (1889). — 4) Beijerinck, Bot. Ztg. (1890), p. 837; Naudin, Compfc. rend., 123, 666 (1896) gab Vorhandensein der Bacterien in den Samen an. — 5) 0. Zinsser, Jahrb. wiss. Bot., 30, 423 (1897). Nicolai, Justs Jahresber. (1900), I, 49. — 6) Nobbe, Schmid, Hiltner u. Hotter, Landw. Vers.stat., 41, 137 (1892). Parallelismus von N-Fixierung und Knöllchenbildung auch bei Deherain u. Demoussy, Compt. rend., 130, 20, 466 (1900). — 7) Stoklasa, Landw. Jahrb., J24r 821 (1896). Auch A. B. Frank, l. c. — 8) Nobbe u. Hiltner, Landw. VerR.stat., 52, 455 (1899). J. Golding, Zentr. Bakt., II, 11, 1 (1903); Whiting, Bull. Illinois Agr. Exp. Sta., 1915, p. 47 L Versuche zur Demonstration der N- Auf- nahme durch die Wurzeln bei den Leguminosen: L. Albert, Internat, agr.techn, Edsch., 7, 842 (1916). § 8. Assimilation von Stickstoffgas durch symbiontisch lebende Bacterien. 213 erfolgt, ob alle Leguminosen dieselbe Bacterienart als Symbionten be- sitzen, endlich, ob es praktischen Erfolg haben kann, künstliche Impfung des Bodens und der Samen mit B. radicicola zu vollziehen, und so die Fähigkeit der N-Fixierung bei Leguminosenkulturen zu steigern. In den künstlichen Kulturen stellt Bac. radicicola normal geformte Kurzstäbchen (1) dar. Jedoch konnten Stutzer sowie Hiltner(2) die kurzen stumpfen Auszweigungen, welche die Bacterien der Knöllchen- zellen so häufig zeigen, auch in Kulturen hervorrufen, wenn dem Substrate saures Kaliuraphosphat zugefügt wurde. Auch Glycerin erzeugt stark verzweigte Formen nach Buchanan (3), ebenso Coffein und Cumarin nach Fred (4), Daß man diese charakteristischen Bacteroidenformen schlechthin als Involutionsformen aufzufassen hätte, erscheint nicht recht wahrscheinlich (5), wenn man auch nicht weiß, wie viele lebensunfähige und tote Bacterien in den Zellen den wachstumsfähigen beigemischt sind. Nach Smith (6) kann man aus dem Grade der Schleimbildung Rück- schlüsse auf die Aktivität ziehen, indem kräftige Vegetation stets mit reichlicher Schleimbildung einhergeht. Nach Fred dürfte es sich um einen Eiweißschleim handeln. Georgevitch (7) gibt an, daß Knöllchen von Vicia sativa neben langen verzweigten Bacterienformen auch kurze unverzweigte, bewegliche enthalten. Petri(8) isolierte einen „Kapsel- bacillus" von Wurzelknöllchen des Klees. Bezüglich des Clostridium Pasteurianum, das Rodella (9) ätiologisch mit der Knöllchenbildung in Zusammenhang bringt, kann der Verdacht nicht abgewiesen werden, daß es von der Oberfläche der Knöllchen in die Kulturen hereingeraten ist. Die von VuiLLEMiN (1 0) angeführten Befunde vonPythium und Pleolpidium an alten Knöllchen beziehen sich wohl nur auf Saprophyten. Ebenso skeptisch muß man sich der Theorie von Bottomley(II) über die Be- deutung einer Symbiose von Radicicola mit Azotobacter gegenüberstellen. Nach Beijerinck(12) braucht die Knöllchenmikrobe eine getrennte C- und N-Quelle. Am besten wirkt einerseits Glucose oder Saccharose, andererseits Asparagin, Ammoniumsulfat, Kali- oder Natronsalpeter. Laurent (13) konnte die Bacterien auf N-freier Nährlösung von 0,1 7o KH2PO4, 0,01 MgSO^, 5— 107o Rohrzucker, Maltose, Lactose, Dextrin, Mannit oder Glycerin fortbringen. Sonst kultiviert man sie auch auf Maltoseagar, oder nach dem Vorschlage von P. Schneider (14) auf ge- 1) Begeißelung: Barthel, Ztsch. Gär.phys., 6, 13 (191V j. — 2) A. Stutzer, Mitteil, landw. Inst. Breslau, Heft 3 (1900). Zentr. Bakt., II, 7. 897 (1901). L. HiLTNER, Ebenda, 6, 273 (1900). P. Neu mann, Landw. Vers.stat. (1901), p. 187. — 3) R. E. Buchanan, Zentr. Bakt, II, 23, 59 (1909). — 4) E. B. Fred, Va. Ex. Sta. Ann. Rep. 1911/12, p. 145. — 5) Bakteroiden: H. Fischer, Zentr. Bakt., jo, 384 (1911). H. Zipfel, Ebenda, 32, 97 (1911); G. de Rossi, Ebenda, 18, 289 (1907); Ann. d'Igien. Sper., 16, 493 (1906). E. Laurent, Ann. Inst. Pasteur, 5, 105 (1891). Rec. Inst. Bot. Brux., j, 87 u. 83 erklärte die Bacteroiden für einen der Pasteuria ramosa verwandten Organismus und schied sie von den echten Bacterien. — 6) R. Greig Smith, Journ. Soc. Chem. Ind., 26, 304 (1907). Linn. Soc. N.S.- Wales (1906), p. IV, Okt. 31. Zentr. Bakt., II, 30, 552 (1911). — 7) P. Georgevitch, Soc. Biol., 69, 276 (1910). — 8) Petri, Kochs Jahresber., 14, 65 (1903). — 9) A. Rodella, Zentr. Bakt., II, 18, 455 (1907). — 10) P. Vuillemin, Bull. Soc. Sei. Nancy (3), jo, 30 (1909). — 11) W. Bottomley, Zentr. Bakt., II, 25, 270 (1909). — 12) Beijeuinck, Kochs Jahresber. (1892), p. 205; Bot. Zentr., 52, 137 (1892). — 13) E. Laurent, Compt. rend., jjj, 754 (1890). Ann. Inst. Pasteur, 4, 722 (1890); 5, 105 (1891). — 14) P. Schneider, Landw. Jahrb., 35, Erg.bd. IV, p. 63 (1906). Über Reinkultur noch: .1. L. Sheldon, WestVirg. Agr. E.x. Sta. Bull., 105, 319 (1906); N. Strampelli, Bull. Ministr. Agricolt., II, 4 (1905); 6, 735 u. 740. E. B. Fred u. W. B. Ellet, Plant World, 12, 131 (1909); G. de Rossi, Ann. di Botan., 7, 653 (1909); Vuillemin, Zentr. Bakt., 15, 737 (1906); H. Zipfel, Ebenda, 214 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. pulverter Kreide mit 20% Glucose und den nötigen Nährsalzen, wo sie besser wachsen sollen als in Gelatinekulturen. Überzeugende Belege für eine intensive Bindung von Luft-N konnten aber durch alle diese Bemühungen nicht erbracht werden. Maze (1) meinte, daß bessere Erfolge zu erreichen wären, wenn man den Bacterienkulturen nicht nur Kohlenhydrate darreichte, sondern auch ähnliche Stickstoffquellen, wie sie in den Knöllchen geboten sind. Mazes Nährlösung bestand in Bohnen- aufguß mit 2% Saccharose, P/o NaCl, Spuren von NaHCOj und Agar. Zwei Kolben mit je 50 ccm Nährlösung, mit Radicicola geimpft, lieferten nach 16tägiger Kultur 45,8 mg Gesamt-N gegen 22,4 mg zu Beginn des Versuches, hatten demnach den N-Gehalt mehr als verdoppelt. Auch Fred sah bei neun Stämmen von KnöUchenmikroben eine der Azoto- bacter- Wirkung gleichkommende N-Fixierung. Ob die Bacteroidenbildung mit der Stickstoffbindung zusammenhängt, wie manchmal behauptet wurde, ist nicht sicher erwiesen. Vielleicht ist hier noch ein ungeklärter Punkt verborgen, der mit dem Mechanismus der Bacterientätigkeit in den Knöllchen verbunden ist. Eine bessere Eignung der im Boden in der Nähe der Knöllchen vorkommenden Bacterien (2) ist unwahrscheinlich. Argon wird von den Knöllchen nicht aufgenommen (3). Daß die Knöllchenbildung bei Darreichung von Natronsalpeter ver- ringert wird, ist durch Malpeaux, Laurent und Nobbe festgestellt worden (4). Laurent konstatierte, daß es sich um vorübergehende Wir- kungen handelt, da die Wurzeln, in anderen Boden übertragen, wieder normale Knöllchen erzeugen; auch die Bacterienkulturen werden durch die Darreichung von Natriumnitrat oder Ammoniumsulfat nicht geschädigt. Nobbe verdanken wir den Nachweis, daß bei der künstlichen Impfung mit Radicicola-Kulturen der Erfolg in salpetergedüngtem Substrate herab- gesetzt wird. Als Vicia villosa in Boden mit nur 0,05 7o N angesäet war, entnahm sie mindestens 86 7o ihires N-Bedarfs den Knöllchen; wenn 0,5 und 1,0 g Salpeter-N dargereicht wurde, so ging dieser Anteil auf 54 re^. 44% hinab. Nach Marchal (5) kann man auch in Wasser- kulturen durch Zufügen geringer Mengen von Nitraten oder Ammonium- salzen die Knöllchenbildung hemmen. So scheint auch hier wie bei Clostridium Pasteurianum die N-Fixierung nur unterhalb einer bestimmten seür kleinen Konzentration von Stickstoffverbinduugen in der Nahrung ausgiebig stattzufinden. Unaufgeklärt ist es, warum auch die Knöllchen- bildung unter diesen Verhältnissen unterbleibt, trotzdem die Bacterien nach Laurent nicht im Wachstum durch das Aufhören der energischen N-Fixierung behindert werden. Bemerkt sei noch, daß für die KnöUchen- mikroben die Reduktion von Nitraten zu Nitrit und Ammoniak behauptet worden ist (6). Nach GoLDiNG (7) soll Darreichung vcn Zucker, aber nicht in allzugroßen Quantitäten, das Gedeihen der knöllchentragenden Pflanzen sehr vorteilhaft beeinflussen. Vielleicht liegen die Verhältnisse ähnlich J2, 97 (1911). K. F. Kellerman, Ebenda, 34, 42 (1912); A. Schneider, Bot. Gaz., 40, 296 (1905). 1) Maze, Ann. Inst. Pasteur, ii, 44 (1897). — 2) P. Neumann, Landw. Vers.stat., 56, 203 (1902). — 3) G. Tolomei, Giorn. di Farm., ^6, 145 (1897). — 4) L. Malpeaux, Ahn. Agron., 2y, 65 (1901); E. Laurent, Compt. rend., 133, 1241 (1901). Nobbe u. L. Richter, Landw. Vers.stat., 46, 441 (1902); 59, 167 (1904). — 5) E. Marchal. Compt. rend., 133, 1032 (1901). — 6) U. Alvisi u. M. Orabona, Gazz. Chim. Ital., 42, I, 565(1912). R. Klein, Beiheft, bot. Zentr., 30, I, 141(1913). — 7) J. Golding, Zentr. Bakt., 9, 251 (1902). § 8. Assimilation von Stickstoffgas durch symbiontisch lebende Bacterien. 215 wie bei den freilebenden Stickstoff fixierenden Bodenbacterien. Nach den Untersuchungen von Wohltmann(I) ist ferner anzunehmen, daß reichliche Zufuhr von Kali, Phosphorsäure und Kalk die Tätigkeit der Leguminosen sehr namhaft unterstützt und reichliche Knöllchenbildung herbeiführt. Auch die von Laurent angeführten Versuche sind geeignet, diese Meinung zu stützen. Mit dem Einflüsse der Kalkdarreichung auf den Ertrag und die Knöllchenbildung der Leguminosen hatten sich schon früher die Untersuchungen von Heinrich, Rodejczer, Tacke und B. Schulze beschäftigt (2). Reizwirkungen durch Metalle auf die Knöllchen- bildung beobachtete Perotti (3). Von physikalischen Faktoren für die Bildung und Funktion der WurzelknöUchen kommt nach den Unter- suchungen von Gain(4) hinreichende Durchfeuchtung des Bodens sowie sehr wesentlich gute Durchlüftung in Betracht (5). Die Knöllchenbacterie ist, wie Maze(6) betont, ein ausgeprägt aerober Organismus, und auch an den Knöllchen findet man Einrichtungen, die sich als Durchlüftungs- erleichterung auffassen lassen (7). Langsames Eintrocknen scheinen die Knöllchenbacterien schlecht zu vertragen. Rasches Trocknen wirkt ver- mutlich nicht so schädlich (8). Urspiünglich überwogen die Fälle, in denen Infektion von Leguminosen mit wirksamen Knöllchenorganismen durch Impfung mit jeder beliebigen Bodenart erzielt werden konnte, so sehr, daß Frank für die Wurzelknöllchen- bildung nur einen einzigen ubiquitär vorhandenen Bodenspaltpilz als Ur- sache annahm. Doch hatte Nobbe (9) gefunden, daß Gleditschia die Knöll- chenbildung nicht bei jedem Impfversuche zeigt, und Beijerinck hatte auf Grund mißlungener Infektions versuche bei Faba mit Bacterien aus Orni- thopusknöUchen schon damals angenommen, daß nicht alle Leguminosen bacterien miteinander identisch sein können. Sodann zeigten Nobbe und Hiltner(IO) durch genaue Versuche unter Impfung steriler Pflanzen mit Bacterienreinkulturen, daß tatsächlich im allgemeinen nur nahe miteinander verwandte Leguminosenformen wechselseitig mit ihren Knöllchenbacterien infiziert werden können, so daß es z. B. nicht gelingt, Robiniawurzeln mit Pisumbacterien zur Knöllchenbildung zu bringen. Kirchner (11) wies 1) WoHLTMANN, Joum. f. Landw., 50, Heft 4 (1902). H. Wilfarth u. G. Wimmer, Landw. Vers.stat., 67, 27 (1907). Bei der Lupine sollen jedoch nach Seelhorst, Geilmann u. Thiele, Dtsch. landw. Presse 1915, Nr. 1, die Bacterien in hohem Maße durch Kalk geschädigt werden. — 2) Heinrich, Dtsch. landw. Presse (1896), p. 809. Billwiller, Diss. Bern (1895). C. v. Rodejczer, Bot. Zentr., 66, 42 (1896). Salfeld, Die Bodenimpfung (1896) bezügl. K u. PgOs. B. Tacke, Chem. Zentr. (1896), II, 252. B. Schulze, Landw. Presse, 29, 822 (1902). Deherain u. Demoussy, Compt. rend., 133, 1174 (1901); Hopkins, Journ. Amer. Chem. Soc, 24, 1165 (1903). Makrinow, Zentr. Bakt., II, 49, 474 (1919). — 3) R. Perotti, Ann. di Botan., 3, 513 (1905). Günstige Wirkung von Mangan: Olaru, Compt. rend., 160, 280 (1915). Rocasolano, Intern, agr.techn. Rdsch., 7, 739 (1916). — 4) E. Gain, Compt. rend., Ji6, 1394 (1893). S. Herke, Internat, agr.techn. Rdsch., 7, 127. Bedeutung der Knöllchen als Wasserspeicher: van der Wölk, Publ. sur la Physiol. Veg6t., II, Nim^gue 1914, p. 79. — 5) W. Meyer, Kochs Jahresber. (1897), p. 215. — 6) Maze, Ann. Inst. Pasteur, 12, 1 u. 128 (1898). Ferry, Rev. mycol. 1902, p. 88. — 7) Vgl. Frank, Ber. bot. Ges., 10, 271 (1892). — 8) K. F. Kellerman u. Beckwith, Science, N. S. XXIII, 47 (1906); J. Simon, Jahresber. angew. Bot., 5, 132 (1908). 0. Ball, Zentr. Bakt., II, 23, 47 (1909). B. M. Duggar u. M. J. Prucha, Ebenda, 34, 67 (1912). — 9) Nobbe, Verh. Nat.forsch. Vers. Bremen (1890), II, 561. — 10) Nobbe, Hiltner, Schmid u. Hotter, Landw. Vers.stat., 39, 327 (1891). Auch die Überlegenheit der Impferde über Reinkulturen bei Luzerne (Heinrich, Internat, agr.techn. Rdsch., 7, 839 [1916]) ist durch Rassendifferenzen zu erklären. — 11) 0. Kirchner, Cohns Beitr. z. Biol. d. Pflanz., 7, 213 (1896). Brummer, Biedermanns Zentr., 23, 473 (1894). Impf- versuche bei Soja: Vorhees, Journ. Amer. Soc. Agron., 7, 139 (1915). 216 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. nach, daß Glycine hispida in manchen europäischen Gartenböden knöllchen- frei bleibt, aber durch Impfung mit japanischer Erde zur Knöllchenbildung gelangt. Ähnhch scheinen auch die Knöllchenbacterien von Hedysarum coronarium in den italienischen Böden nicht überall verbreitet zu sein(1). Trotzdem Nobbe und seine Mitarbeiter (2) später fanden, daß die art- eigenen Knöllchenbacterien in der Regel die wirksamsten sind, und Bacterien einer Art nur bei Pflanzen derselben und nächststehenden Tribus der Legu- minosen Knöllchen erzeugen (Bacterien von Pisum nur bei Vicieen und Phaseoleen, nicht aber bei Hedysareen, Genisteen, Trifolieen und Galegeen), so meinte Nobbe nur Rassenunterschiede, nicht Artunterschiede der Knöll- chenmikrobcn annehmen zu sollen, zumal es später gelang, die anfänglich bei Kreuzungsinfektionen (Bohne, Erbse) vorhandene geringere Virulenz durch Wiederholung der Impfung zu steigern, und so eine gewisse Anpassungs- fähigkeit der Bacterien wahrscheinlich zu machen (3). Demgegenüber fallen die entgegengesetzt lautenden Angaben von Gonnekmann (4) über die Inkonstanz der infizierenden Bacterienarten wenig ins Gewicht, da wahrscheinlich in diesen Versuchen schwerwiegende methodische Fehler unterlaufen sind. Auch die Ansichten von A. Schneider (5) über eine große Artenzahl der Knöllchenbacterien konnten nicht bestätigt werden. Hilt- NER (6) hat im Anschlüsse an Untersuchungen über die eigentümlichen Veränderungen, die die Wurzelhaare steriler Keimpflanzen durch Behandlung mit CHAMBERLAND-Filtraten aus Radicicolakulturen ihrer eigenen und fremden Bacterien erleiden, neuerdings die Ansicht gestützt, daß Rassen- unterschiede bestehen, jedoch durch Anpassung verwischt werden können. So wie Beijerinck und Maze schon früher, auf weniger weitgehende Er- fahrungen fußend, zwei Gruppen von Knöllchenmikroben hatten unter- scheiden wollen, so unterschieden Hiltner und Störmer (7) mindestens zwei Gruppen mit dem Range von Arten: 1. Bact. radicicola auf Pisum, Vicia, Lathyrus, Phaseolus, Trifolium, Medicago, Anthylhs, Onobrychis, Robinia; wächst sehr gut auf gewissen Gelatinenährböden, bildet leicht Verbreiterungen und Aussprossungen. 2. Bact. Beijerinckii auf Lupinus, Ornithopus, Glycine, vielleicht auch Genista und Sarothamnus; bleibt stets stäbchenförmig, läßt Aussprossungen nur an einem Pol entstehen, wächst auf Nährgelatine nur wenig. Doch auch diese Differenzierung scheint noch einer Erweiterung zu bedürfen. Maassen und Behn (8) schieden bereits 4 Gruppen von Knöllchenmikroben, die durch die Typen der Pisum-, Tri- folium-, Medicago- und Lupinusbacterien vertreten werden. Ähnlich trennten auf Grund serologischer Untersuchungsmethodik Klimmer und Krüger (9) vier weitverbreitete Knöllchenbacterienarten, die eine von Lupine und Orni- 1) V. Peglion, Staz. sper. agr., 38, 769 (1905). G. , Severini, Rend. Acc. Line. (5), j6, II, 219 (1907). Ann. di Botan., 7, 33 (1908). — 2) Nobbe, Hiltner u. ScHMiD, Landw. Vers.stat., 45, 1 (1894); 47, 257 (1896). — 3) Nobbe u. Hiltner, Zentr. Bakt., II, 6, 449 (1900). F. Nobbe, L. Richter u. J. Simon, Landw. Vers.stat., 68, 229, 241 (1908). — 4) M. Gonnermann, Landw. Jahrb., 23, 649 (1894). — 5) A. Schneider, Ber. bot. Ges., 12, 11 (1894). Bull. Torrey Bot. Club, 19, Nr. 7 (1892). — 6) L. Hiltner, Arb. Biol. Abt. Kais. Ges.amt, i, 177 (1900). Arteinheit: B. Heinze, Naturwiss., 5, 339 (1915); Jahresber. Vereinig, angew. Bot, 10, 75 (1912). — 7) Hiltner u. Störmer, Neue Untersuch, über die Wurzelknöllchen (1903). — 8) Maassen u. Behn, Mitteil. Biol. Anst. Land- u. l^'orstwirtschaft, IV, 42 (1908). — 9) M, Klimmer u. R. Krüger, Zentr. Bakt., II, 40, 256 (1914). R. Krieger, Diss. Dresden 1914. Garman u. Didlake, Kentucky Agr. Exp. Sta. Bull, 1914, p. 343. Simon, Zentr. Bakt., ^j,470 (1914) fand serobiologisch mindestens 5 Gruppen. Wirkungslosigkeit von Kreuzimpfung: Ewart u. Thomson, Proc. Roy. Soc. Victoria, 25, 193 (1913). § 8. Assimilation von Stickstoffgas durch symbiontisch lebende Bacterien. 217 thopus, die zweite von Melilotus, Medicago und Trigonella, die dritte von Lotus und Anthyllis, die vierte von Vicia und Pisum. Aber in diesen Gruppen sind die differenten Bacterien von Faba, Trifolium, Phaseolus, Glycine, Onobrychis nicht enthalten, und so dürfte die Formenzahl mit den vier ge- nannten nicht erschöpft sein. Es wird noch zu prüfen sein, ob diese Formen nur Rassen, den biologischen Arten der Rostpilze vergleichbar, oder wirk- liche Arten in morphologischem Sinne sind. Doch scheint die Ansicht, daß strenge Arteinheit für alle Leguminosenknöllchenbacterien anzunehmen sei, derzeit nicht mehr aufrecht zu halten zu sein (1). Unter günstigen Bedingungen verbreitet sich Bac. radicicola im Boden, wie Versuche von Kellerman und Fawcett (2) an sterilisierten günstigen Bodensubstraten zeigten, rasch weiter, so daß in 48 Stunden bei 25° etwa ein Weg von 1 Zoll zurückgelegt werden kann. Nach den Untersuchungen von Prazmowski besteht kein Zweifel, daß die erstinfizierten Stellen die Wurzelhaare sind. Hiltner (3) stellte fest, daß wahrscheinlich Stoffe, die von den Wurzelhaaren ausgeschieden werden (4), auf die Bacterien eine chemotaktische Wirkung ausüben; denn die Bacterien sammeln sich binnen wenigen Stunden in der Umgebung der Wurzelhaare an. Nun bilden sich offenbar durch die von den Bacterien produzierten Stoffe eigentümliche Veränderungen, hirtenstabförmige Einrollungen an den Haaren aus. Die hierbei wirksamen Substanzen konnte Hiltner mittels Filtration durch Chamberland- Kerzen von den Bacterien trennen. Vielleicht ist eines der wirksamen Agentien der Mikroben ein zellwandlösendes Enzym. Molliard(5) fand bei der Applikation von bacterienfreien Filtraten aus den Radicicola- kulturen auf Fabawurzeln Hyperplasien und Formveränderungen der Zellen. Es wurde gefunden, daß die Bacterien auch durch die Wurzelausscheidungen von Nichtleguminosen angelockt werden. Andererseits sind bei Leguminosen die nach der Infektion gebildeten Wurzelhaare gegen den Angriffsstoff der Bacterien immun. Wahrscheinlich hängt die Virulenz der Bacterien mit der Intensität der Angriffsstoffproduktion zusammen. Nobbe und Hiltner hatten auch schon untersucht (6), inwiefern die Impfstoffmenge die Knöll- chenbildung quantitativ beeinflußt, ohne jedoch nennenswerte Einflüsse dieser Art finden zu können. Die Gesamtmasse der Knöllchen stand viel- mehr in einem gewissen Verhältnis zur Masse der oberirdischen Pflanzenteile. Aber, wie Hiltner nachwies, auch der Virulenzgrad der Mikroben spielt mit hinein. Würde man eine Leguminose, die mit nicht maximal angepaßten, schwächer virulenten Bacterien geimpft ist, mit stärker virulenten Mikroben impfen, so würde der Erfolg der Knöllchenvermehrung in Erscheinung treten. Würde man hingegen eine mit ihren eigenen Bacterien infizierte Pflanze mit schwächer virulenten Mikroben reinfizieren, so würde keine Ver- mehrung der Knöllchenzahl eintreten. Die bereits infizierten Pflanzen reagieren also nicht auf eine schwächere oder gleich starke Infektion. Dies ist mit der Grund, weswegen die reichlichsten Knöllchen in den oberen Boden- schichten sich ausbilden, wo die Infektion zuerst erfolgt ist. Die Entstehung der Immunität brachte Hiltner mit jenen Stoffen in Zusammenhang, die in df^n Knöllchen die bacteroidenartige Gestaltsänderung der Mikroben 1) Arteinheit: H. Buhlert, Zentr. Bakt., II, 9, 148 u. 892 (1902). Remy, Verh. Nat. Ges. Karlsbad (1902), I, 204; B. Heinze, Zentr. Bakt., 10, 668 (1903); Landw. Jahrb., 39, Erg.bd. 3 (1910). G. de Rossi, Ann. di Botan., /, 617 (1909). — 2) K. F. Kellerman u. E. H. Fawcett, Science, 25, 806 (1907). — 3) Miltner, Arb. biol. Abt. Kais. Ges.amt, i, 177 (1900). — 4) Über solche Stoffe vgl. F. Czapek, Jahrb. wiss. Bot, 2g, 321 (1896). — 5) M. Molliard, Corapt. rend., 135, 1531 (1912). — 6) Nobbe u. Hiltner, Landw. Vers.stat., 55, 141 (1901). 218 Fünfunddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. erzeugen, und er erinnerte daran, daß jene Leguminosen die zahlreichsten und größten Knöllchen erzeugen, welche die Gestalt der Bacterien am wenigsten verändern. Miltner sieht überhaupt das Verhältnis der beiden Symbionten als einen Kampf an, bei welchem die Pflanze durch Zellenzyme das von den Bacterien produzierte Eiweiß resorbiert und bei dem die Größe der N-Assimilation auf dem Vermehrungs- und Wachstumseffekt der Bac- terien beruht, welcher diesen im Kampfe gegen den Wirt als wirksame Schutzmaßregel dient (1). In dieser Richtung ist es von Interesse, daß bei Soja eine Art Gelbsucht auftreten kann, welche van der Wölk (2) darauf zurückführt, daß die Pflanze von ihren eigenen Knöllchenbacterien über- wältigt und schließlich getötet wird; die Schutzzellen funktionieren da nicht. Über den Infektionsmodus selbst wissen wir durch Prazmowski, Hiltner, Peirce, Stefan (3) soviel, daß in den infizierten Haarzellen ein von Bacterien erfüllter, stark lichtbrechender Schleimstrang (,, Infektionsfaden" von Frank) ausbildet, der in die Wurzelrinde hineinwächst, während gleichzeitig die knöllchenartige Anschwellung auftritt. Nach kürzerer oder längerer Dauer des Bestandes löst sich der Infektionsfaden in den Knöllchenzellen auf, wobei das Cytoplasma völlig verdrängt wird; der anfangs zwischen den Bacterien sichtbare Kern degeneriert, und die Bacterien nehmen die charak- teristischen Bacteroidenformen an. Möglicherweise ist die starke N-fixierende Wirkung der in den Knöllchen lebenden Bacterien ebenfalls als Reaktion der Mikroben im Kampfe mit den Wirtszellen aufzufassen (4), Die gegen den Schluß der Vegetationsperiode hin erfolgende Entleerung der Knöllchen sehen Nobbe und Kiltner als ,, Befreiung der Bacterien" infolge der ver- minderten Abwehrkraft der Pflanze an. Die ganze Biologie der Knöllchenbacteriensymbiose wird man kaum unabhängig von der Mycorrhizafrage lösen können. Lemmermann (5) hat die bemerkenswerte Anschauung ausgesprochen, daß die Leguminosen eine geringere Intensität des Transpirationsstromes haben dürften als z. B. Gramineen, so daß die daraus resultierende mangelhaftere Versorgung mit Bodenstickstoff durch die Knöllchensymbiose ausgeglichen werden könnte. Es wäre noch zu prüfen, ob die Knöllchensymbiose nicht auch die Versorgung mit einzelnen Mineralstoffen erleichtert. Beijerinck (6) glaubt, daß die N-Nahrung nur in sehr mittelbarer Beziehung zu den Knöllchenbacterien steht; er macht auf das Mißverhältnis der Knöllchenzahl zu der Größe der Pflanzen bei Leguminosenbäumen aufmerksam und vermutet, daß die N-Aufnahme nicht allein durch die Knöllchen erfolgt. Auch hält er die N-Bindung durch Bacterienkulturen für zu gering, als daß sie die N-Versorgung der Leguminosen erklären läßt. So lange nicht quantitative Untersuchungen ein klareres Bild geben, wird man kaum die einzelnen Faktoren richtig ein- schätzen können. 1) Über die Auffassung, daß die Bacterien zuerst Parasiten seien, bis sich die Pflanze durch Verdauung derselben in ein Gleichgewicht setzt, vgl. auch Geo. T. Moore, U. S. Dept. Agric. Bull. Plant. Ind., Nr. 71. Washington (1905). — 2) P. C. VAN DER Wölk, Cultura, 28, Nr. 336 (1916). — 3) Hiltner, 1. c. Praz- mowski,!. c. G. J. Peirce, Proc. Californ. Acad. Sei. (3), 2, Nr. 10 (1902); J. Stefan, Zentr. Bakt., II, 16, 131 (1905). Über die abweichenden Vorgänge bei der KnöUchen- bildung von Ornithopus vgl. B. Nemec, Slavn. Spis Öesk Ak. Prof. Vrba 1915, I. — 4) Vgl, auch H. Süchting, Zentr. Bakt., 11, 377 (1904). Wenig faßbar sind die Ausführungen von J. Zellner, Beiheft, botan. Zentr., 28, 473 (1912) über ,, Symbiose als chemisches Problem". — 5) 0. Lemmermann, Verh. Nat. Ges. (1904), II, i, p. 145; Landw. Vers.stat., 67, 207 (1907). — 6) Beijerinck, Akad. Amsterdam, 26, 1456 (1918). § 8. Assimilation von Stickstoffgas durch symbiontisch lebende Bacterien. 219 Der Chemismus der Stickstoffsammlung in den Knöllchen ist im übrigen gänzlich unbekannt. Hiltners Untersuchungen hierüber (1) sind zu keinem Abschlüsse gelangt. Da die Knöllchenmikroben ia manchen Bodenarten (2), wie Hoch- moorboden, nur sparsam vorkommen, und wie oben erwähnt, nicht alle Bacterien für eine bestimmte Leguminosengattung ubiquitär vorhanden sind, so bietet die künstliche Bodenimpfung hier von vornherein größere Chancen als bei Azotobacter. Über diese Bodenimpfungsfragen existiert eine große Literatur (3), die wir hier nur streifen können. Von den angeblich haltbaren in den Handel gebrachten Präparaten aus Radicicola- Reinkulturen haben sich nicht alle als verläßlich erwiesen. Soweit man aus der Literatur ersehen kann, wurden die relativ besten Resultate mit dem schon von NoBbe an- gegebenen, auf dessen Veranlassung in den Höchster Farbwerken hergestellten „Nitragin" (4), sowie mit dem neueren durch J. Simon (5) eingeführten Azotogen erhalten. Wenig günstige Erfahrungen liegen über einige andere Impfstoffe des Handels vor (6). Unter bestimmten Bedingungen kann man schon durch Impferde von Leguminosenfeldern namhafte Erfolge erzielen (7). Auf anderweitige rein praktische Fragen, die mit der Leguminosenkultur verbunden sind, kann hier nicht eingegangen werden (8). 1) HiLTNER, Zentr. Bakt., lo, 660 (1903); 14. 47 (1905). — 2) Radicicola im Boden: Kellerman u. Leonard, Science, 38. 95 (1913). Lipman u. Fowler, Ebenda, 41, 256 (1915). — 3) Vgl. T. Imaseki, BuU. Imp. Centr. Agr. Sta. Japan, z, 121 (1907). F. NoBBE u. L. Richter, Landi. Vers.stat., 60, 174 (1904). N. Strampelli, Bull. Minist. Agiicolt., II, 4 (1905); 6, 740. Nobbe, Richter u. Simon, Landw. Vers.stat., 68, 229, 241 (1908). E. B. Fred, Rep. Va. Agr. Ex. Sta. (1908), p. 132. A. Teichinger, Monatsh. Landw., 4, 78 (1911). Kellerman, Zentr. Bakt., II, 34, 42 (1912). E. Laurent, Rec. Inst. Bot. Bruxelles, 2, 19 (1906). G. Bredmann, Landw. Jahrb., 43, 669 (1912). Methodik steriler Kultur höherer Pflanzen: J. Schulow, Ber. bot. Ges., 29, 504 (1911). R. Combes, Compt. rend., 154, 891 (1912). Kulturgefäß für Impfversuche: Kellerman, Bull. Plant. Ind. Giro., 120 A, 3 (1914). Erfolglosigkeit der Impfung auf Lateritböden: Eichinger, Der Pflanzer, 8, 190 (1912). Wirkung auf Moorböden: Tacke, Mitt. Ver. Ford. Moorkult. (1918), 36, 26. — 4) Vgl. Voelcker, Chem. Zentr. (1897), I, 196; Nobbe, Bot. Zentr., 68, 171 (1896); Frank, Landw. Vers.stat., 51, 441 (1899). Nobbe u. Hiltner. Ebenda, p. 447; M. Maeroker u. H. Steffeck, Chem. Zentr. (1898), II, 938; A. P. Aitken, Ebenda (1899), I, 1258; Edler, Ebenda (1900), II, 282; Maria Dawson, Ann. of Bot, 15, 511 (1901). Hj. v. Feilitzen, Zontr. Bakt., II, 23, 374 (1909). E. Grabner, Jomn. f. Landw., 57 -1' (1909); v. Feilitzen, Zentr. Bakt., 26, 345 (1910); 29, 198 (1911); Gölte, Illustr. Landw. Ztg. (1910), Nr. 94; A. Kühn, Zentr. Bakt., 30, 548 (1911). F. Löhnis u. Suzuki, Ebenda, p. 644. Feilitzen, Ebenda, 32, 449 (1911). E. Teisler, Ebenda, 34, 50 (1902). Impfen mit Reinkulturen: Hiltner, Dtsch. landw. Presse (1902), p. 119. Remy, Verh. Nat.forsch. (1902), I; Hiltner, Naturwiss. Ztsch. Land- u. Forstwirtsch. (1904), p. 127. Makrinow, Russ. Journ. exp. Landw., 14, 341 (1913). Christensen, Zentr. Bakt., II, 46, 282 (1916). Simon, Dtsch. landw. Presse 1915, Nr. 28. — 5) Azotogen: J. Simon, Dtsch. landw. Presse, 38, 257 (1911). Feilitzen, Kühn, I.e. Löhnis, 1. c. Teisler, K c. J. Simon, Neuere Ergebnisse bact. Forsch., ihr Wert für die Landwirtsch., Dresden 1908. Dtsch. landw. Presse, 40, 390 (1913). Feilitzen u. Nyström, Journ. Landw., 62, 285 (1914). Barthel, Internat, agr.techn. Rdsch., 4, 1317 (1913). G. Köck, Monatsh. f. Landw. 1914, Wien. Rhodin, Dtsch. landw. Presse, 41, 1016 (1914). Simon, Sachs, landw. Ztsch. 1915, Nr. 11. — 6) MooREsche Bacterien: 0. Matti- ROLO u. M. SoAVE, Ann. Accad. Agric. Torino, 48, 291 (1905); V. Peglion, Staz. Sper. Agr., 38, 709 (1905); 40, 156 (1907); J. Simon, Jahresber, angew. Botan., 5, 132 (1908); Go. T. Moore, U. S. Dept. Agric. Bull. Plant. Ind., Nr. 71. Washington 1905. — Nitrobacterien von Bottomley: v. Feilitzen, Grabner, 1. c. Bredemann, 1. c. — 7) Impferde: A. Schmitter, Diss. Heidelberg (1893). v. Feilitzen, 1. c. — 8) Z. B. Anbau auf schwerem Boden: G. Ritter, Zentr. Bakt., II, 29, 650 (1911); Gründüngungsfragen: 0. Lemmermann u. A, Tazenko, Landw. Jahrb.. 38, Erg.bd. V (1909), p. 101. 220 Fünfiinddreißigstes Kapitel: Stickstoffgewinnung bei Bacterien usw. Auf den hohen Parallelismus der Knöllchensymbiose der Erlenarten mit den Erscheinungen bei Leguminosen, dessen Bedeutung für die Stick- staffaufnahme Miltner (1) dargetan hat, haben wir bereits hingewiesen. Hißr genüge es noch hervorzuheben, daß auch diese Knöllchenbildung durch höheren N- Gehalt des Bodens eingeschränkt wird, und daß die Infektion mit dem Symbionten genau wie bei den Leguminosen durch die Wurzel- haare erfolgt. In Wasser sind die Alnusknöllchen im Gegensatze zu den Leguminosenknöllchen vollständig wirksam. KNOg-Zusatz hemmt auch in der wässerigen Nährlösung die N-Fixierung. Andere Fälle von Wurzel- knöllchenbildung sind nicht so weit untersucht. Ein sehr merkwürdiger Parallelfall zu den Bacteriensymbiosen in den Wurzelknöllchen ist in neuerer Zeit hinzugekommen in den Bacterien- knötchen, welche sich regelmäßig an den Blättern von Myrsinaceen, wie Ardisia, und einiger Rubiaceen wie Psychotria und Pavetta-Arten ent- wickeln, und über die wir nach ihrer Entdeckung durch Zimmermann wert- volle Untersuchungen von Miehe und Faber besitzen (2). Während der bei Ardisia vorjcommende Symbiont von Miehe für ein typisches Stäbchen- bacterium, Bac. foliicola, angesprochen wird, stellte Faber die Rubiaceen- bacterien in die Nähe des Tuberkelbacillus in die MiEHEsche Gruppe der Mycobacteriaceen. In den Blattzellen kommt auch hier eine Bacteroiden- bildung vor. Faber hält die Stickstoffbindung durch die Blattknoten- bacterien, auch in Reinkultur, für eine entschiedene Sache, während sich MiEHE zurückhaltend äußerte. Ardisia reagiert im Gegensatze zu Leguminosen sehr gut auf N-Darreichung durch den Boden. Die Bacterien sind hier überall schon im Samen enthalten, so daß die Symbiose eine erbliche Erscheinung ist, und nicht wie bei den Leguminosen bei jedem Individuum neu bewerk- stelligt werden muß. In dieser Hinsicht gleicht dieser Fall mehr der endo- phytischen Mycorrhiza, wo z. B. bei Ericaceen solche erbliche Symbiosen gleichfalls vorkommen. Hinsichtlich nichtknöUchentragender Blütenpflanzen tauchen in der Literatur immer wieder Angaben auf, welche dahin lauten, daß mehr oder weniger verbreitet auch hier Stickstoffixierung vorkomme. Trotz der scharfen Versuchsergebnisse, welche Hellriegel bezüglich der Frage der N- Versorgung der Getreidearten im Vergleiche zu Leguminosen erzielte, und der ebenso kritischen Arbeiten von Schloesing und Laurent, haben sich wenig später Frank und Otto (3) bemüht, eine allgemeine Verbreitung der Stickstoffixierung durch die Laubblätter zu erweisen. Otto und KooPER (4) haben aber später gezeigt, wo möglicherweise Fehler in diesen Arbeiten liegen. Andere Forscher, wie Jamieson (5), dachten an die Rolle von Haaren als Stickftoffassimilationsapparat, doch sind diese Angaben, 1) L. HiLTNER, Landw. Vers.stat., 46, 531 (1897). Naturwiss. Ztsch. f. Land- u. Foistwirtsch., j, 9 (1903). — 2) A. Zimmermann, Jahrb. wiss. Bot., j;, 1 (1902). H. Miehe, Ber. bot. Ges., 2g, 156 (1911); Javanische Studien, kgl. sächs. Ges. Wiss., 32, Nr. IV (1911); Nat.forsch. Vers. (1912), II, 1, 242, Chem -Ztg., 36, 1110(1912); Biol. Zentr., 32, 46 (1912); Jahrb. wiss. Bot., 5J, 1 (1913). Ber. bot. Ges., 34, 576 (1916); Jahrb. wiss. Bot., 58, 29 (1917). F. C. v. Faber, Ebenda, 51, 285 (1912); 54, 243 (1914); Morphologie des Pavetta-Bacteriums: P. Georgevitch, Compt. rend. Soc. Biol., 79, 411 (1916). Sammelref. Val. Vouk, Die Nat.wiss. (1913), j, 81. Nach H. Solereder, Sitz.ber. phys. med. Soz. Erlangen, 43, 233 (1911) sind die Blatt- drüsen von Heterophyllaea keine Bacterienknoten wie Zimmermann vermutete. — 3) Frank, Ber. bot. Ges., 7, 234 (1889). Frank u. Otto, Ebenda, 8, 292 u. 331 (1890); Landw. Jahrb., 21, 1 (1892); Bot. Ztg., (1893), I, 140. — 4) Otto u. Kooper, Landw. Jahrb., 39, 999 (1910). — 5) T. Jamieson, Ber. bot. Ges., 28, 81 (1910). § 8. Assimilation von Stickstoffgas durch symbiontisch lebende Bacterien. 221 in deren Verfolg Cieslar(I) so weit ging, auch für die Waldbäume solche Erscheinungen als wichtige Mittel zur Stickstofferlangung in Anspruch zu nehmen, so wenig kritisch behandelt, daß es leicht war, dieselben überzeugend zu widerlegen (2). Es ist anzunehmen, daß den Behauptungen von Mameli und PoLLACCi, sowie Briosi (3) bezüglich des ausgedehnten Vorkommens von Stickstoffassimilation verschieden hohen Grades bei den verschiedensten höheren Pflanzen dasselbe Schicksal bevorsteht (4). Bezüglich der früher von Petermann, Liebscher, Stoklasa und einigen anderen Forschern (5) vertretenen Ansicht, daß auch einige nichtleguminose Kulturpflanzen N zu fixieren imstande sind, darf man auf die Wirkung der damals meist noch nicht mitberücksichtigten freilebenden N-fixierenden Bodenbacterien hinweisen. Besonders im HinbUck auf die mehrmals geäußerte Meinung, daß die Stick- stoffixierung bei Sinapis und anderen Pflanzen erst bei nicht zu geringer gleichzeitiger Zufuhr von N-Verbindungen einen in Betracht zu ziehenden Wert erreiche, müßten viej bessere Beweise dieser Befähigung vorliegen. Gegenwärtig ist dies jedoch nicht der Fall, und die sorgfältigen Untersuchungen von Hellriegel, Nobbe und Hiltner, P. Wagner und Aeby, Pfeiffer und Francke, Lemmermann (6), die sich besonders auf Sinapis beziehen und denen sich die Arbeiten von Kowerski, Lotsy und Coates und Dod- sqn (7), welche Gossypium untersuchten, anschließen, sind in mancher Hin- sicht imstande, die abweichenden Ergebnisse der obengenannten Autoren aufzuklären. Allerdings hat Hiltner (8) selbst in neuerer Zeit die Frage so aufgefaßt, daß verschiedene Cruciferen und einige andere Pflanzenarten in der Art ihrer Ernährung mit Stickstoff eine eigenartige Stellung ein- nehmen. Daß der Luftstickstoff an dem tierischen Stoffwechsel aktiv teilnimmt, ist gleichfalls als widerlegte Sache anzusehen (9). 1) A. CiESLAR, Zentr. ges. Forstwes., jj, 89 (1909). — 2) L. Kny, Ber. bot. Ges., 27, 532 (1909); F. Kövessi, Zentr. Bakt., 35, 349 (1912); Compt. rend., 149, 56 (1909); 152, 888 (1911); Rev. g6n. Bot., 25, II, 405 (1914); ebenda, 26, 22(1914). E. Henri, Bull. Soc. Sei. Nancy (3),.jo, 1 (1909). H. Vater, Tharander forstl. Jahrb., 59, 261 (1909). — 3) E. Mameli u. G. Pollacci, Atti Acc. Line. Roma (5), 19, I, 501, 569 (1910); 20, I, 680 (1911); Atti Ist. Bot. Pavia, 15, II, 159 (1911); 13, 351; 14, 159 (1909). Atti Acc. Line. (5), 24, L 966 (1915). G. Briosi, Rend. Acc. Line. (1910) (5), 19, I, 501. — Zu Bottomleys Angabe: A. D. Hall, Nature, 81. 98 (1909); 82, 218 (1909). W. B. Bottomley, Ebenda, 82, 218 (1909). — 4) Vgl. MoLLiARD, Compt. rend., 160, 310 (1916). Rev. g6n. Bot, 28, 225 (1916). — 5) A. Petermann, Justs Jahresber. (1891), I, 31; (1892), I, 424; M6m. Ac. Roy. Belg. (1891); 47 (1892); Bot. Zentr., 55, 315 (1893); 51, 49; Beihefte, 5, 228 (1895); Kochs Jahresber. (1890), p. 134. Liebscher, Landw. Jahrb., 41, 139 (1893). J. Stoklasa, Landw. Jahrb., 24, 827 (1896). Ztsch. landw. Vers.wes. Österr., i, 78 (1898). — 6) F. Nobbe u. L. Hiltner, Landw. Vers.stat., 45, 155 (1894). Richter, Ebenda, 51, 221 (1898). P. Wagner, Dtsch. landw. Presse (1893); (1894), p. 54; J. H. Aeby, Landw. Vers.stat., 46, 409 (1896). Th. Pfeiffer u. Franke, Ebenda, p. 117; 48, 455 (1897). 0. Lemmermann u. E. Blanck, Ebenda, 69, 145 (1908); 73, 425 (1910); Pfeiffer, Guttmann u. Thiel, Mitteü. landw. Inst. Breslau, 5, 657 (1910) wollen Sinapis immerhin eine Sonderstellung unter den Nichtleguminosen zu- sprechen. — 7) St. v. Kowerski, Diss. Halle (1895); Beiheft, bot. Zentr., 5, 539 (1895). Kochs Jahresber. (1895), p. 266. J. P. Lotsy, U. S. Agric. Dept., Nr. 18 (1894). Ch. Coates u. W. R. Dodson, Journ. Amer. Chem. Soc. 18, 425 (1896). — 8) Vgl. Hiltner, Mitt. dtsch. landw. Ges., 1915, St. 14; Prakt. Bl. f. Pfl.bau u. Pfl.schutz 1917, p. 110. Angebl. Mikrobenansamml. an Cruciferenwurzeln: A. Cauda, Internat, agr.techn. Rdsch., 7, 334(1916). Kritik: Pfeiffer, Fühlings landw. Ztg., 64, 521 (1915); Clausen, Landw. Ztg., 38, 134 (1919). — 9) Vgl. C. Oppenheimer, Bioctem. Ztsch., 4, 328 (1907). 222 Sechsunddrei ßigßtes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Algen. Sechsunddreißigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Algen. Die in Algen vorkommenden Stickstoffverbindungen haben in den zahlreichen seit Braconnots Untersuchung von Nostoc (1) angestellten Analysen von Algen nicht viel Berücksichtigung erfahren, und so können bezüglich der Eiweißstoffe und Aminosäuren bei den verschiedenen Algen derzeit kaum genauere Angaben gemacht werden. Nach den Stickstoff- bestimmungen zu schließen, dürfte der Gehalt der Algen an Eiweiß- stoffen im allgemeinen ein ziemlich hoher sein, wie er sonst plasma- reichen, an Skelettsubstanzen armen, vegetativen Organen entspricht. Vom janischen Nostoc phylloderma gabNAMiKAWA (2) 81,93% Trocken- substanz an, darin 24,75% Rohprotein. Lufttrockene Oscillaria prohfica nach Turner (3) 9,7 % Wasser und 46,25 % Protein. Warington (4) führt als „N-haltige Substanz" in Prozenten der Trockensubstanz an: 12,41% für Enteromorpha compressa, 8,99% für die Laminariacee Capea elongata, 7,79% für Laminaria saccharina, 8,42% für Cystoseira, 8,29% für Ulopteryx pinnatifida. Sestini, Bomboletti und del Torre (5) fanden an Rohprotein in der lufttrockenen Substanz von Wassergehalt Protein 29,75% 13,35% Ulva latissima .... Valonia aegagropila . Gracilaria confervoides Fucus vesiculosus . . Vaucheria Pilus . . . 7,62% 5,36% 20,01% 16,25% 27,11% 8,21% 20,50% 16,88% Noch höhere Eiweißwerte finden wir teilweise bei Analysen von KÖNIG und Bettels (6) : Wasser Gesamt-N wasserlösl. N-Substanz Porphyra tenera . . . 4,57% 34,19% 21,75% Gelidium cartilagineum . 13,00% 17,00% 7,37% Laminaria japonica . . 4,20% 7,81% 5,44% Cystophyllum fusiforme 15,15% 8,06% 4,25% Ecclonia bicyclis . . . 11,56% 13,62% 7,50% Seetanganalysen von Beckmann und Bark (7) ergaben für (lufttrock.) : Fucus vesiculosus und serratus v. d. west- Wasser Rohprotein franz. Küste 12,39% 4,96% Fucus serratus und balticus v. Rügen . . . 12,31 % 4,37 % Ascophyllum nodosum, Norweg 11,10% 5,96% Laminaria Cloustoni, Norweg 12,40% 5,86% Laminaria saccharina, Norweg 13,58% 6,37% Nach LoEW und Bokorny (8) enthalten Spirogyra und andere Faden- algen 28—32 % Eiweiß in der Trockensubstanz. 1) Braconnot, Ann. de Chim., 5;, 237 (1813). — 2) S. Namikawa, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 7, 123 (1906). — 3) B. Turner, Journ. Amer. Chem. Soc, 38, 1402 (1916). — 4) R. Warington, Chem. News, 40, 195 (1879). — 5) Sestini, zit. bei WoLFF, Aschenanalysen, 2, 108. — 6) J. König u. J. Bettels, Ztsch. Unt. Nähr. Gen. mittet, 10, 457 (1905). — 7) Beckmann u. Park, Sitz.ber. preuß. Akad. Berlin 1916, p. 1009. — N-Gehalt von pazifischen Küstentangen: Stewart, Journ. Agr. Res., 4, 21 (1915). Bestimmung: Cullen, Journ. Ind. Eng. Chem., 6, 581 (1914). — 8) 0. LoEW u. Th. Bokorny, Journ. prakt. Chem. (1887). Sechsunadreißigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Algen. 223 Über die chemische Natur der genuinen Eiweißkörper bei Algen, ihre Nucleoproteide, fehlen Untersuchungen vollständig. Marx (1) sah in künst- lichen Oscillaria- Kulturen unter bestimmten Bedingungen klumpige Ein- lagerungen in den Zellen auftreten, die er für Ablagerungen von Reserve- eiweiß hielt. Kohl (2) sprach die Cyanophycinkörner als Eiweißkrystalle an. Die Natur dieser Gebilde ist jedoch noch ebenso kontrovers wie die Natur der sogenannten Zentralkörner im Zentralkörper der Cyanophyceenzellen, welche A. Meyer (3) mit Volutin identifizierte. Volutin gab Meyer auch von Bacillariaceen, Conjugaten, Chlorophyceen und Rhodophyceen an. Es ist mir zweifelhaft, ob es sich in allen diesen Fällen um dieselbe nuclein- artige Substanz handelt. Einige Angaben berühren das Vorkommen von proteolytischen Enzymen bei Algen. 0. Richter (4) fand bei der Diatomee Nitzschia palea in Reinkulturen ein eiweißlösendes Enzym. Nach Teodo- RESCO (5) kommt ein Nuclein spaltendes Enzym verbreitet bei Algen vor; Chlamydomonas, wie Cyanoj^hyceen spalten Nucleinsäure und bauen die- selbe ab. Verflüssigung von Gelatinesubstrat wurde schon früher durch Beijerinck (6) bei Scenedesmus acutus gefunden, durch Adjaroff(7) bei Chlorella und bei Stichococcus. Bei Scenedesmus nimmt aber diese Enzymproduktion nach Beijerinck mit der Zeit ab. Eine wichtige Rolle müssen proteolytische Enzyme natürlich bei jenen amöboiden Stadien von Algen spielen, bei denen animalische Ernährung vorauszusetzen ist (8). Beijerinck, welcher zuerst auf die Benutzung von Gelatineplatten für die Isolierung von Algenreinkulturen hingewiesen und Flechten- algen selbständig gezüchtet hatte, zeigte auch, daß die Gonidienalge von Physcia parietina, Cystococcus humicola, zu ihrem normalen Gedeihen Darreichung von „Pepton", d. h. Proteosen, verlangt, und wahrscheinlich durch die Pilzsymbiose einer solchen Ernährungsweise angepaßt sein dürfte. Die Alge wächst wohl auf 0,2 7o Ammoniumnitrat, auch auf Calciumnitrat, bildet jedoch viel kleinere Zellen und vermehrt sich außer- ordentlich langsam. Diese eigenartige Anpassung an Ernährung mit organischen N-Verbindungen bei Flechtenalgen wurde auch von Artari und Stabinska (9) beobachtet. Hingegen zieht nach Letellier (10) Cystococcus und Coccomyxa anorganischen N vor. Bei den Nostoc- Gonidien von Peltigera gelang es Protease nachzuweisen. Die Be- hauptung von Beijerinck, daß auch Scenedesmus Pepton bevorzuge, ist durch Klebs{11) in Abrede gestellt worden, mit dem Bemerken, daß diese Alge in üppigster "Weise ohne organische Substanz auf Nitrat- nährboden zu wachsen vermöge. Vielleicht gibt es hier verschiedene biologische Rassen, auch für Stichococcus bacillaris, den Artari (12) gleich 1) F. A. Marx, Botan. Zentr., 53, 174 (1893). — 2) F. G. Kohl, Organis, u. Physiol. d. Cyanophyceenzelle. Jena (1903); Beihefte bot. Zentr., 18, I, p. 3 (1904). Auch A. Fischer, Botan. Ztg. 1905, I, Heft IV— VI nimmt Eiweißcharakter der Cyanophycinkörner aii. Staehelin, Ber. bot. Ges., 34, 893 (1916) desgleichen f. d. Cyanophycinkörner von Porphjrndium cruentum. — 3) A. Meyer, Botan. Ztg. (1904), I, Heft 7. Eiweißnatur der Stachelkugeln von Chara: Votava, österr. bot. Ztsch., 1914, p. 442. — 4) 0. Richter, Sitz.ber. Wien. Akad., 115, I, 27 (1908). Ber. bot. Ges., 21, 493 (1903). — 5) E. C. Teodoresco, Compt. rend., 155, 300 u, 464 (1912). — 6) Beijerinck, Botan. Ztg. (1890), Nr. 45. Arch. N^erland., 24, 278 (1891). Zentr. Bakt., jj, 368 (1893). — 7) M. Adjaroff, Rech. exp. sur la Physiol. de quelques Algues vertes. Genöve 1905. — 8) Vgl. A. Pascher, Ber. bot. Ges., 33, 427 (1915). — 9) A. Artari, Bull. Soc. Nat. Moscoue (1899), p. 6. T. M. Stabinska, Publ. Inst. Bot. Genöve (8), 11. fasc. (1914). — 10) A. Letellier, Thösc Genöve 1917. — 11) G. Kleps, Beding, d. Fortpflanz, b. einig. Algen u. Pilzen (1896), p. 183. — 12) A. Artari, Ber. bot. Ges., 19, 8 (1901). 224 Sechsunddreißigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Algen. gut auf Ammoniumnitrat wie Pepton wachsen sah, ist es möglich, daß die als Flechtenalgen auftretenden Formen dieser Organismen als „Pepton- organismen" im Sinne Beijerincks zu gelten haben. Haematococcus pluvialis gedeiht nach Pringsheim (l) gut auf Aminosäuren, Fleisch- extrakt oder Eiweiß, aber auch mit Ammonsalzen oder Nitrat. Stickstoff- mangel beeinflußt die Hämatochrombildung. Nach Beijerinck wächst ferner Chlorella vulgaris auf einem die Albumosen und Aminosäuren des Malzextraktes enthaltenden Substrate bisweilen besser, als auf inor- ganischem Nährboden, wenn sie auch nachweislich Ammoniumsalze, Nitrite und Nitrate zu assimilieren vermag. Bei Coelastrum proboscoideum Bohl. hat Pepton nach Rayss (2) schädlichen Einfluß. Bemerkt sei, daß auch die Zoochlorellen der Süßwasserspongien keine Vorliebe für organische N-Quellen zeigen (3). Mixotrophe Algen, Formen, die auch im natürlichen Substrate reich- liche Gegenwart organischer Stoffe lieben, gibt es anscheinend nicht wenige. Für Euglena gracilis bewies Pringsheim (4), daß sie gut in stark faulendem Substrat, und mit Bacterien gemischt gedeiht, Aminosäuren gut aufnimmt, und auch im Dunklen durch Pepton stark gefördert wird. Bei Mangel an Stickstoff tritt Reduktion der Chromatophoren ein, Verarmung an Chloro- phyll, wobei die Carotinoide hervortreten. Hingegen sind die Cyanophyceen, die man gleichfalls so oft an Orten findet, die viel organische Stoffe ent- halten, nach demselben Forscher (5), nicht zu jenen Organismen zu rechnen, bei denen organische N-Verbindungen den Nitraten und Ammoniumsalzen überlegen sind. Pepton und Asparagin wirkten bei Oscillaria tenuis sehr gut, Leucin, Glykokoll undAcetamid jedoch nicht. Wie es mit dem angeb- lichen Anteil der Cyanophyceen (Nostocaceen) an den Ammonisationsvor- gängen im Boden steht, bleibt noch näher zu untersuchen (6). Für einen blaugrünen Flagellaten, Cryptoglena americana, gab ScHtJLER(7) an, daß er, wiewohl Alkali- und Ca-Nitrat sowie Ammoniumsulfat gut verarbeitet werden, doch besonders organische N-Verbindungen, wie Aminosäuren, Pepton bevorzuge. Mannigfache Übergänge zwischen heterotropher, mixo- tropher und autotropher Lebensweise ergeben sich bei Diatomeen, wie man schon aus dem verschiedenen Farbstoffgehalt der Chromatophoren schließen kann. Für die gänzUch farblose Nitzschia putrida Ben. fand Richter (8), daß Eiweiß, Pepton, besonders gut Leucin, dann Asparagin verarbeitet werden, jedoch auch Nitrate und Ammoniumsalze. Für niedere Volvocineen, Chlamydomonas, Carteria, fand Jacobsen(9), daß sich be- stimmte Formen in faulendem Eiweiß am Licht anhäufen. Im Dunklen er- schienen nur Polytoma und Chlorogonium unter diesen Verhältnissen, von denen die erste völlig farblos und heterotroph ist. Für die aus Schmutz- wasser isolierte Alge Chlorella pyrenoidosa berichtet H.Chick(IO), daß sie in Ammoniumsalzen entschieden am besten wächst. Schließlich seien noch eine Reihe von Erfahrungen erwähnt, welche sich auf die Nährwerte verschiedener N-Verbindungen bei Algen beziehen. 1) E. G. Pringsheim, Beitr. Biol. d. Pfl., 12, 413 (1914). — 2) Tsch. Rayss, Th(^se Genöve 1915. — 3) Vgl. A. Limberger, Sitz.ber. Wien. Ak., 127, I, 395 (1918). — 4) E. G. Pringsheim, Beitr. Biol. d. Pfl., 12, 1 (1913). Für Chlamydo- monas Ehrenbergi: Artari, Jahrb. wiss. Bot., 52, 410 (1913). — 5) E. G. Prings- heim, Beitr. Biol. d. Pfl., 12, 49 (1913). — 6) W. G. Sackett, Zentr. Bakt., 40, 168 (1914). — 7) J. Schüler, Diss. Kiel (1910). — 8) 0. Richter, Denkschrift. Wien. Ak., 84, 660 (1909). — 9) H. C. Jacobsen, Zisch. Botan., 2, 145 (1910). — 10) H. Chick, Proc. Roy. Soc, 71, 458 (1903). SechsunddreißigsteB Kapitel: Der Eiweiß8toffw.ech8el der Algen. 225 Die Stickstoffwasserstoffsäure N3H erweist sich nach LoEW(1) allgemein in höheren Konzentrationen schädlich. Geringere Konzentrationen, wie 0,1% werden besser vertragen, ja in sehr großer Verdünnung kann infolge der Umsetzung zu NHg ein gewisser Nähreffekt hervortreten. Hydroxylamin war für Algen wie sonst für Organismen in Versuchen von Lutz (2) sehr schädlich. Amidosulfonsäure scheint indifferent zu sein, und weder als Gift noch als N- Quelle zu wirken (3). Harnstoff und Guanidin konnten bei den durch LoEW und Bokorny (4) geprüften Algen nicht ohne Schaden ver- tragen werden, während Urethan eine ungünstige Wirkung nicht entfaltete. Cyanursäure erwies sich schlechter als Urethan, noch mehr das Kalium- rhodanid für Spirogyra (5). Lutz (6) stellte ausgedehnte Versuche über die Wirkung verschiedener Amine auf Algen an, von denen die meisten, vom Methylamin bis Allylamin, primäre, sekundäre und tertiäre Basen, ferner auch Tetraammoniumbasen sich als benutzbar erwiesen. Auch das von Phanerogamen nicht assimilierbare Benzylamin, Allylamin, ferner Pyridin konnten von Algen (Mesocarpus, Protococcus, Oscillaria) als N- Quelle benützt werden. Giftig hingegen waren Naphthylamin und Diphenylamin. Von Aminosäuren wurde Glykokoll durch Bokorny (7) als gute N- Quelle für Algen gefunden. Nach Treboux (8) können Scenedesmus, Coelastrum, Stichococcus, Chlorella Aminosäuren im Dunklen verarbeiten, und es trat Geruch der Kulturen nach Ammoniak auf, so daß Desamidierung anzu- nehmen ist. Pikrinsäure ist für Algen stark giftig (9). Loew (10) fandPyrrol giftiger als Pyridin, Chinolin weniger schädlich als Chinin. Chinin übertrifft auch nach den Erfahrungen von G. Schwarz (11) andere Pflanzenalkaloide, wie Strychnin, Nicotin und Coffein an schädlicher Wirkung. Die Frage, inwieweit für die natürliche Ernährung der Algen Ammo- niumsalze und Nitrate in Frage kommen und wo für die verschiedenen Algen der relative Vorteil liegt, ist trotz mancher Studien in dieser Richtung noch nicht in allen Punkten aufgeklärt. Daß die Algen Nitrate mit dem Wasser aufnehmen, und sich damit ernähren, stellte bereits Bineau (12) fest. Später fanden Loew und Bokorny (13), daß Nitrate für Zygnemaceen eine bessere N-Nahrung liefern als Ammoniumsalze, jedoch ergab sich bei anderen Algen das umgekehrte Verhältnis. Auch soll nach LoEW Kalisalpeter weniger günstig wirken als Natronsalpeter, eine Erfahrung, welche für Cyanophyceen (Phormidium) durch BoRESCH gleichfalls konstatiert worden ist. Cyano- phyceen, welche Maertens(14) untersuchte (Oscillar. tenuis), konnten am besten mit Calciumnitrat ernährt werden; Ammonsulfat und -nitrat waren nicht gut brauchbar. Kaliumnitrit zu 0,01% wurde von der Oscillaria gut verarbeitet, von anderen Formen nicht. Für Microthamnium Kützingianum Näg. schien in den Versuchen von Molisch (15) Ammoniumphosphat gleich gut zu wirken, wie KaHum- oder Magnesiumnitrat. Benecke (16) bezweifelt die allgemeine Gültigkeit des von Loew behaupteten Unterschiedes zwischen 1) 0. Loew, Botan. Zentr., 48, 250 (1891). — 2) L. Lutz, Compt. rend. Cong. soc. sav. (1899). — 3) N. Maeno, Chem. Zentr. (1897), I, 936. 0. Loew, Justs bot. Jahresber. (1896), I, 13. — 4) 0. Loew u. Bokorny, Journ. prakt. Chem., 30 (1887). — 5) Bokorny, Chem.-Ztg. (1896), p. 53. — 6) L. Lutz, Ann. Sei. Nat. (7), 2, 75 (1899). — 7) Bokorny, Chem.-Ztg. (1896), p. 53. — 8) 0. Treboux, Ber. bot. Ges., 2j, 432 (1905). — 9) Bokorny, Chem.-Ztg. (1896), p. 96. — 10) 0. Loew, Pflüg. Arch., 40, 447 (1888). — 11) G. Schwarz, Beiheft. Bot. Zentr. (1897), p. 475. — 12) Bineau, M6m. Acad. Sei. Lyon, j, 853. — 1.3) 0. Loew u. Bokorny, Journ. prakt. Chem., 30 (1887). — 14) H. Maertens, Beitr. Biol. d. Pfl., 12, 439 (1914). — 15) H. Molisch, Sitz.ber. Wien. Akad., 104, L 793. Okt. 1896. Für Chlamydomonas Ehrenbergi: Artari, Jahrb. wiss. Bot., 52, 410 (1913). — 16) W. Benecke, Botan. Ztg. (1898), L 89. Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 15 226 Sechsunddreißigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Algen. den Conjugaten, welche Nitrate vorziehen, und niederen Algen, die am besten durch Ammoniumsalze ernährt werden. Er fand vielmehr, daß Spirogyra usw. ganz gut bei Darreichung von Ammoniumsalzen gedeiht, wenn auch größere Ammoniumsalzmengen schädlich schienen. Übrigens sieht man Spirogyra auf natürlichen Standorten manchmal in ammoniakreichem Milieu wachsen, wo es nicht wahrscheinlich ist, daß erst eine Nitrifikation der Ammonium- salze vollzogen werden muß, ehe dieselben resorbiert werden. Wie schon erwähnt, fand H. Chick die Chlorella pyrenoidosa gleichfalls als eine Alge, die Ammoniumsalze bevorzugt, und auch Ulva latissima wächst gut in Ammoniumsalzlösungen (1). Hingegen soll nach Charpentier (2) Cystococcus. humicola Ammoniumsalze schlechter vertragen als Nitrate. Angaben über Aufnahme von Nitraten und Ammoniumsalzen durch Algen in Agar- Reinkultur findet man in der Arbeit von E. Pringsheim (3). Für Nostoc zeigte Loew (4), daß er sich in 0,1% KNO3 reichhch vermehrt, aber den freien Luftstickstoff nicht assimilieren kann. ÄhnUches gilt nach Glade (5) für Cylindrospermum. Die Frage, ob der freie atmosphärische Stickstoff durch Algen assi- miliert werden könne, wurde bereits oben berührt. Die älteren Angaben von ScHLOESiNG und Laurent, von Frank, ferner von Koch und Kosso- WITSCH (6) über positive Befunde bei Chlorophyceen und Cyanophyceen, und über N- Fixierung durch eine Reihe grüner und blauer Erdalgen, sind nicht vom Verdachte frei, daß beigemengte stickstoffixierende Bacterien für den Ausfall der Versuche verantwortlich zu machen sind. Später haben überdies Kossowitsch, sowie Krüger und Schneidewind (7) an der Hand verbesserter Methoden kein positives Ergebnis erzielt, und Bouilhac (8) äußert sich hinsichtlich Nostoc nur dahin, daß dieser in Symbiose mit Bac- terien, aber nicht für sich allein Stickstoff aus der Luft zu assimilieren im- stande sei. Möglicherw^eise gilt das gleiche von dem neuerdings durch Oes studierten Fall von Anabaena Azollae. Negative , Resultate bezüghch der Stickstoffixierung erhielt Molisch bei Microthamnium Kützingianum. Die Erfahrungen von Benecke über die durch Mangel an Stickstoffverbindungen im Substrate verursachten auffälligen Störungen, welche an verschiedenen Algen auftreten: Etiolement aus „Stickstoff hunger" bei Siphoneen, Clado- phoren und Conjugaten, erbringen ebenfalls bemerkenswerte Stützpunkte für die Anschauung, daß hier N-Fixierung nicht stattfindet. Besonders auffallend sind diese Veränderungen bei den Cyanophyceen, wie die Arbeiten von BoRESCH und von Magnus und Schindler gezeigt haben (9). Oscillarien und Phormidiumarten werden im Zustande des N- Hungers rostbraun, und nehmen bei Hinzufügen von Nitrat oder einer anderen geeigneten N- Quelle wieder ihre normale grüne Farbe an. Dies geschieht sowohl im Dunklen als im Licht. Im Dunklen ist Sauerstoff hierzu unbedingt nötig. 1) Letts u. Hawthorne, Biedermanns Zentr. Agr. Chem. (1902), p. 224. G. L. FosTER, Ann. Missouri, Bot. Gard., i, 229 (1914). — 2) P. G. Charpentier, Ann. Inst Pasteur, 17, 321 (1903). — 3) E. G. Pringsheim, Beitr. Biol. d. Pfl., ji, 305 (1912). — 4) 0. Loew, Biol. Zentr., 10, 377 (1890). Die Angaben von Prantl, Hedwigia, 28, 135 (1889), sind wohl durch ungenaue Methoden veranlaßt gewesen. — 5) R. Glade, Beitr. Biol. d. Pfl, 12, 295 (1914). — 6) Schloesing u. Laurent, Ann. Inst. Pasteur, 5, 832 (1892). A. B. Frank, Ber. botan. Ges., 7, 34 (1889); Landw. Jahrb. (1888), H. 2; Botan. Ztg. (1893), p. 146. A. Koch u. Kossowitsch, Ebenda (1893), II, 321. — 7) P. Kossowitsch, Ebenda (1894), I, 97; W. Krijger u. Schneidewind, Landw. Jahrb., 2g, 771 (1900). — 8) R. Bouilhac, Compt. rend., 125, 880 (1897); 123, 828 (1896). — 9) K. Boresch, Jahrb. wiss. Botan., 52. 145 (1913). — W. Magnus u. B. Schindler," Ber. botan. Ges., 30, 314 (1912). H. Maertens, Beitr. Biol. d. Pfl., 12, 439 (1914). Siebenunddreißigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Moose. 227 Im Licht erfolgt auch im sauerstoffreien Räume langsam Ergrünen, in dem Maße als die spurenweise einsetzende Assimilation der Atmungs-COg etwas Sauerstoff liefert. Hier ist demnach eine Stickstoffixierung aus der Luft wohl ausgeschlossen. Wenn auch die Möglichkeit einer N-Fixiernng durch bestimmte andere Algen nicht absolut in Abrede gestellt werden soll, und die bezüglich mancher Cyanophyceen immer wieder auftauchenden Angaben im Auge behalten werden müssen, so ist es doch geboten, die von Beue- RiNCK (1) gemachten Mitteilungen, wonach Nostoc und Anabaena N fixieren, vorläufig noch nicht als sicher fundiert anzusehen und vor allem überzeugende Beleganalysen an bacterienfreien Reinkulturen von Algen abzuwarten. Hinsichtlich der Flechten können wir anhangsweise nur bemerken, daß über ihren Stickstoffhaushalt so gut wie nichts bekannt ist. Daß hier interessante Verhältnisse aufgedeckt werden können, beweisen die Beob- achtungen von Sernander (2) über nitrophile Flechten. Bestimmte Formen siedeln sich vor allem da an, wo reichhch Exkremente von Seevögeln haften bleiben. Sie wurden als ,,Ornithokoprophile Flechten" bezeichnet. Nien- burg (3) hat auf das Vorkommen nitrophiler Flechtengenossenschaften auf der Rinde von Alleebäumen an Straßen hingewiesen. Viele andere Formen dürften vermutlich zu den oligonitrophilen Organismen zählen. Das Vor- kommen von Nitraten und Nitriten läßt sich nach Salomon (4) in Flechten nur selten nachweisen, hingegen gelingt der Nachweis von Ammoniumsalzen. Siebenunddreißigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Moose. über die stickstoffhaltigen Verbindungen der Laub- und Lebermoose, sowie über die Gewinnung des Stickstoffes bei diesen Pflanzen liegt erst sehr dürftiges Material vor, aus dem sich kaum ein richtiges Bild der tat- sächlichen Verhältnisse konstruieren läßt. Treffner (5) verdankt man eine größere Reihe von Analysen ver- schiedener Laubmoose, in denen auch das im Wasserextrakt vorhandene und das in Natronlauge lösliche Eiweiß bestimmt wurde. Er fand bei: Eiweiß Eiweiß Eiweiß löslich in H3O in NaOH löslich in NaOH unlöslich Polytrichum commune . 0,994 % 0,181 % 3,79 % Sphagnum cuspidatum . 1.42 % 0,55 % 4,12 % Hylocomium splendens 2,19 % 0,46 % 4.39 % Dicranum undulatum . 1,14 % 0,78 % 4.37 % Orthotrichum anomalum 2,98 % 1,81 % 3,54 % Mnium affine .... 3,18 % 1,55 % 4,12 % Funaria hygrometrica . 2,26 % 2,03 % 3,42 % Schistidium apocarpum 1,47 % 2,36 % 5,30 % Ceratodon purpureus 4,50 % 4,04 % 4,41 % Climacium dendroides . 0.71 % 1,99 % 4,39 % 1) M. Beijkrinck, Zentr. Bakt., 7, 562 (1901). —2) R. Sernander, Svensk. Botan. Tidskrift, 6, 803 (1912). — 3) W. Nienburg, Ztsch. Bot., 11, 1 (1919). — 4) H. Salomon, Jahrb. wiss. Bot, 54, 339 (1914). In Parraelia saxatilis soll nach Keegan, Chem. News, 114, 74 (1916) viel Nitrat vorkommen. — 5) E. Treffner. Diss. Dorpat. 1881. Tabelle reproduziert in Just bot. Jahresber. 1881, Bd. I, p. 158. 15» 228 Achtunddreißigstes Kapitel: Die Reserveproteide der Samen. Für einige Lebermoose hat Lohmann (1) folgende Zahlen geliefert: In Prozenten der Trockensubstanz bei Fegatella conica Marchantia polymorpha Pellia epiphylla Metzgeria furcata Mastigobr trilobati Gesamt-N . . . Eiweiß-N . . . Unverdaulicher N 2,35 2,08 0,80 1,92 1,55 0,52 2,36 1,39 0,86 1,61 1,39 0,67 1,07 1,00 0,54 Über die chemischen Eigenschaften der vorhandenen Eiweißstoffe und ihrer Spaltungsprodukte ist nichts bekannt. Die Stickstoffgewinnung der Moose ist ein fast gänzlich unbearbeitetes Gebiet, obwohl es ft^r Experimentaluntersuchungen an passenden Objekten, wie es z. B. die rasch wachsenden und leicht kultivierbaren Marchantia- Thallome und viele Protonemen sind, nicht mangelt. Einen Anfang bilden die Studien von Servettaz (2) an steril kultivierten Moosprotonemen, die auch die N-Versorgung betrafen. Verarbeitet werden sowohl NH4-Salze als Nitrate. Pepton wird assimiliert und fördert die Bildung der Sexual- organe. Schon oben ist auf die Mycorrhiza ähnliche Durchwucherung der Rhizoiden vieler Lebermoose durch Pilze hingewiesen worden, welche ziem- lich viel untersucht worden ist (3). Doch ist es unbekannt, welche Bedeutung diese Vorkommnisse für die Ernährung der betreffenden Moose haben können. Fälle von Stickstoffixierung sind auch hier nicht ausgeschlossen. Abschnitt 3: Die Proteide im Stoffwechsel der Blütenpflanzen. Achtunddreißigstes Kapitel: Die Reserveproteide der Samen. § 1. Allgemeine Orientierung und Vorkommen. Von allen pflanzlichen Eiweißstoffen waren es die Proteinstoffe der Samen, welchen sich das Interesse der Chemiker am frühesten zuwendete, da diese Substanzen als Nahrungsmittel des Menschen von größter Bedeutung sind. Schon im 18. Jahrhundert fand Beccari (4), daß man einen von ihm als „Pflanzenleim" bezeichneten Bestandteil dem Kleber durch Alkohol entziehen kann. Braconnot (5) benannte als „Legumin" eine Substanz, die er durch Extraktion mit warmem Wasser und Fällung des Filtrates mit Säure aus zerkleinerten Erbsen und Bohnen gewann; „auf lösliches Eiweiß" waren für ihn alle in Wasser löslichen Stoffe, die durch Alkohol, 1) J. Lohmann, Beiheft, bot. Zentr., 15, 215 (1903). — 2) C. Servettaz, Ann. Sei. nat. Bot. (9), ly, 111 (1913). — 3) Hierzu: Kny u. Böttger, Verh. bot. Ver. in Brandenburg (1879). Janse, Ann. Jard. Bot. Buitenzorg, 14 (1897). B. Nemec, Ber. bot. Ges., 17, 311 (1899). Beihefte bot. Zentr., 16, 263 (1904). M. GoLENKiN, Flora (1902), p. 209. A. J. Garjeanne, Beihefte bot. Zentr., 15, 470 (1903). J. Peklo, Bull. int. Acad. Sei. Boh§me (1903). Garjeanne, Flora, J02, 147 (1911). — 4) Beccari, Commentar. Bononiensis, Ib. De fruraento. Beccari starb 1766. — 5) Braconnot, Ann. Chim. et Phys., 34, 68; 43, 347. Das Legumin wurde schon 1805 von Einhof gefunden: Gehlens allg. Journ. d. Chem. u. Phys., 6, 126 u. 548. § 1. Allgemeine Orientierung und Vorkommen. 229 Säuren oder Hitzekoagulation fällbar sind; „koaguliertes Eiweiß" nannte er die in Wasser unlöslichen schwefel- und phosphorhaltigen Stoffe. Später unterschied Liebig Pflanzenfibrin, Pflanzenalbumin und Pflanzen- casein. Proust (1) gewann zuerst das „Amandin" aus Mandeln. Denis (2) fand ^859, daß man aus Mandeln, Leguminosensamen, Weizenmehl durch Digerieren mit 10% Kochsalzlösung Eiweißstoffe isolieren kann. Er nannte dieselben „glutine". Hoppe-Seyler (3) stellte diese Substanzen denjenigen tierischen Eiweißstoffen zur Seite, welche er schon früher als „Globuline" be- zeichnet hatte. Am ausführlichsten hatte sich bis zum Jahre 1870 Ritt- hausen (4) mit der Darstellung und dem Studium der Eigenschaften der pflanzlichen Samenproteide befaßt, welche er im wesentlichen durch die Einwirkung sehr verdünnter kalter Alkalilauge auf das zerkleinerte Samen- material darstellte. A. Schmidt (5) machte aber in einer aus Hoppe- Seylers Laboratorium stammenden Arbeit darauf aufmerksam, daß man auf diese Weise die nativen Samenproteide nicht mehr gewinnen kann. Ritthausen hatte folgende Gruppen von Eiweißstoffen aus Samen zu unterscheiden versucht: 1. Pflanzeneiweiß: in Wasser löslich beim Er- hitzen koagulierend: 2. Pflanzencasein : in Wasser wenig löslich, reichlich löslich in Kaliwasser und in basischem Kaliumphosphat. Davon wurden unterschieden: Legumin, Glutencasein aus Kleber und Conglutin als einzelne Arten. Die Legumin- und Glutencaseinpräparate Ritthausens waren in 10—20% Neutralsalzen unlöslich; 3. Kleberproteine: löslich in Alkohol. Ritthausen unterschied hiervon Gliadin, Mucedin und Glutenfibrin. Maschke (6) gewann 1859 zuerst das Reserveproteid der Paranuß aus dem Extrakt als künstlichen krystallisierten Niederschlag, was von Sachsse (7) wiederholt wurde. Die grundlegenden Ideen von Hoppe- Seyler über die Natur der Samenproteide finden sich zuerst 1877 in einer Arbeit von Th. Weyl (8) ausführlich behandelt, in der gezeigt wird, daß die Reserveproteide der Samen viele Analogien mit den tierischen Globulinen aufweisen; ein Teil der Samenproteide wurde in konzentrierter NatriumchloridlÖsung löslich, ein anderer Teil darin un- löslich gefunden. Die ersteren verglich Weyl mit richtigem Blicke mit den tierischen Vitellinen und zeigte, daß die krystallisierbare Eiweiß- substanz von Bertholletia hierzu gehört. Die letzteren verglich er mit dem Myosin der quergestreiften Muskeln. Später suchte Palladin (9) darzutun, daß dieses Pflanzenmyosin nur Kalkverbindungen der NaCl- löslichen Phytovitelline in sich begreift. Wahrscheinlich ist der allergrößte Teil der Reserveproteine der Samen in den bekannten „Aleuronkörnern" oder „Proteinkörnern" der I^ährgewebszellen enthalten. Dieselben pflegen besonders schön und groß ausgebildet in Fettsamen aufzutreten; doch führen auch stärkehaltige Nährgewebe häufig neben dem Amylum Proteinkörner. Die Protein- 1) Proust, Journ. Phys. et Chim., 54, 199. — 2) Denis, M6m. sur le sang (1859), p. 171. — 3) F. Hoppe-Seyler, Medchem. Untersuch. (1867), p. 219. Handb. d. physiol. Chem., 4. Aufl., p. 228. — 4) H. Ritthausen, Die Eiweißkörper der Getreidearten, Hülsenfrüchte u. ölsanien. Bonn 187?. Dort die Zusammen- stellung aller früheren Untersuchungen; Pflüg. Arch., ig, 15 (1879). Journ. prakt. ehem., 29, 360, 448 (1884). — 5) A. Schmidt, Über Emulsin u. Legumin. Tübingen 1871. — .6) 0. Maschke, Botan. Ztg. (1859), p. 409. Journ. prakt. Chera., 74, 436 (1858). — 7) Sachsse, Sitz.ber. Nat.forsch. Ges. Leipzig (1876). — 8) Th. Weyl, Ztsch. physiol. Chem., i, 72 (1877). — 9) W. Palladin, Ztsch. Biol. (1895), p. 191- 230 Achtunddreißigstes Kapitel: Die Reserveproteide aer Samen. körner sind Reserven, dazu bestimmt, der Resorption zur Deckung des Eiweißbedarfes bei der Keimung anheimzufallen. Bei vorgeschrittener Entleerung des Nährgewebes dürfte wohl auch die protoplasmatische Grundsubstanz der Zellen der Auflösung überantwortet werden und Material für die Ernährung des jungen Embryos liefern, wie z. B. bei der Keimung der Gräser. Die Proteinkörner vmrden 1855 durch T i. H artig (1) entdeckt, der sie als „Klebermelil", „Aleuron" bezeichnete . id auch bereits die Eiweiß- krystalle und Globoide in ihrem Inhalte kannte. Radlkofer (2) verglich die Eiweißkrystalle der Froteinkörner sehr treffend mit den krystallinischen Dotterplättchen mancher Tiere. Daß die Substanz der Proteinkörner aus- schließlich aus Reserveproteinen besteht, war wegen der leichten Zerstör- barkeit dieser Gebilde von den älteren Botanikern noch nicht erkannt worden (3). Erst Pfeffer (4) zeigte, daß die Proteinkörner nur Eiweiß- stoffe, kein Fett enthalten, und am besten als Eiweißvacuolen aufgefaßt werden, in deren Inneren sich Eiweißkrystalle, sowie die nach der noch immer herrschenden Auffassung aus einem organischen mit Ca und Mg gepaarten Phosphat bestehenden kugeligen. ,, Globoide" abgeschieden haben. Die Proteinkörner zeigen sehr große, oft für Spezies und Gruppen charakteristische Differenzen bezügUch Größe, Gestalt, der Einschlüsse usw. (5). Über die Eiweißkrystalle verdanken wir vor allem Schimper (6) eingehende Studien. In neuerer Zeit hat sich Wakker (7) mit der Entwicklung der Protein- körner befaßt und nachgewiesen, daß dieselben sicher als Zellsaftvacuolen auftreten. Zu demselben Ergebnis kamen Guilliermond (8) und Beau- VERIE (9), unter Heranziehung des Studiums der Entwicklung der Aleuron- körner während der Samenreife und ihrer Lösung bei der Keimung. Nach Thompson (10) erhält man den natürlichen Aleuronkörnern sehr ähnliche Gebilde, wenn man den krystallisierten Niederschlag aus Bertholletia- Edestin der Dialyse unterwirft. Offenbar handelt es sich auch hier um Vacuohsierung. Die Hautschichte der Proteinkörnor ist nach Pfeffer von der Innensubstanz verschieden und gegen Laugen meist resistent. Außer den durch Pfeffer in den Globoiden gefundenen Stoffen konnte Gram (11) bei Ricinus noch Bernsteinsäure nachweisen; die Umbelliferen- proteinkörner enthalten neben Phosphat noch äpfelsaures Magnesium und 1) Th. Hartig, Botan. Ztg. (1855), p. 881; (1856), p. 257; (1858), p. 108. — 2) Radlkofer, Über Krystalle proteinartiger Körper (1859); ferner Holle, Neu. Jahrb. Pharm, v. Walz u. Winkler, lo, 1 (1858); ii, 338 (1859); Trecul, Ann. Sei. Nat. (4), 10, 20 (1858). — 3) Vgl. J. Sachs, Lehrb. d. Botan., 1. Aufl., p. 58 (1868). — 4) W. Pfeffer, Jahrb. wiss. Botan., 8, 429 (1872). — 5) Vgl. Tschirch, Angewandt. Pfl.anat. (1889), p. 41. Lüdtke, Ber. pharm. Ges., /, 53 (1891). DuFOUR, Diss. Zürich (1892). 0. Tunmann, Pflanzenmikrochemie. Berlin 1913, p. 485. H. Molisch, Mikrochemie d. Pfl. Jena 1913, p. 334. Gräser: P. Groom, Ann. of Bot., 7, 387 (1893). A. Guilliermond, Compt. rend., 145, 768 (1907). — 6) Schimper, Unters, über die Proteinkrystalle. Diss. Straßburg (1878). — 7) J. H. Wakker, Jahrb. wiss. Botan., ig, 453 (1888); Botan. Zentr., 33, 361 (1888). F. Werminski, Ber. bot. Ges., 6, 199 (1888). F. Lüdtke, Ebenda, 7, 282 (1889). Jahrb. wiss. Bot., 21, 62 (1889). GoDFRiN, Ann. Sei. Nat. (6), 19, 5 (1884). ' Präparation' der Aleuronkörner : Poulsen, Rev. g6n. Botan., 2, 547 (1890). P. Groom, 1. c. Ab- weichende Angaben bei Belzung, Journ. de Botan., 5, 85 (1891). Rendle, Ann. of Bot., 2, 161 (1888). — 8) A. Guilliermond, Compt. rend., 145, 768 (1907). Arch. d' Anatom. Microsc, 10, Heft 2 (1908). — 9) J. Beauverie, Compt. rend., 9. April 1906; 145, 1345 (1907). Soc. Biol., 61, 376, 556 (1906). Ann. Sei. Nat. (9), 8, 147 (1908). — 10) W. P. Thompson, Botan. Gaz., 54, 336 (1912). — Quellungserschei nungen: H. Joffrin, Rev. g6n. Botan., j*, 327 (1906). — 11) B. Gram, Justs Jahresb. (1901), II, 373; Landw. Vers.stat., 57, 267 (1903). § 1. Allgemeine Orientierung und Vorkommen. 231 Gallium. Nach Beauverie beobachtet man auch Globoide nicht als Ein- schlüsse der Aleuronkörner. Die Globoide verhalten sich gegen Farbstoffe nach diesem Forscher sowie nach Guilliermond so wie Volutin mota- chromatisch (1). Mit Anthocyanin rot oder blau gefärbte Aleuronkörner sind besonders bei Gräsern (Mais) beobachtet (2). Verschiedene Angaben über grün gefärbte Aleuronkörner scheinen sich durch Speicherung von Chlorophyll erklären zu lassen, das destruierten Chloroplasten der Präparate entstammt (3). Die in verschiedenen Pflanzenorganen vereinzelt durch Molisch, Wakker, Mikosch nachgewiesenen „geformten .Eiweißkörper", ,,Rhab- doide" usw. dürften mit Proteinkörnern und Reserveprotein kaum etwas zu tun haben (4). Nachdem es gelungen war, die den Eiweißkrystallen der Aleuron- körner zugrundeliegende Substanz auch außerhalb der Zellen in Krystallen zu gewinnen (5), versuchte Vines (6) sich über die Verteilung der in den Proteinkörnern vorhandenen Eiweißstoffe eine Vorstellung zu bilden. Er nahm an, daß das Krystalloid aus Vitellin, die Grundsubstanz der Körner aus Hemialbumose und Myosin bestehe. Bei der Untersuchung der Samen von Abrus precatorius kam Martin (7) zu dem Schlüsse, daß hier „Paraglobulin"undAlbumosen vorliegen. Doch hat schon Palla- DiN betont, daß manche Reaktionen des Vitellins jenen von Albu- mosen ähnlich ausfallen. Sodann gaben Vines und Green (8) ein dem Serumalbumin ähnliches Pflanzenalbumin an. In der Folge haben be- sonders die eingehenden Untersuchungen vouTschirch und Kritzler(9) erwiesen, daß globulinähnliche Eiweißstoffe den Hauptanteil an der Zu- sammensetzung der Proteinkörner nehmen; in 19—20% NaCl sind die Körner samt Krystallen und Globoiden vollständig löslich. In konzen- trierter Lösung von Ammoniumsulfat lösen sich nur die Globoide, nicht aber Krystalle und Grundsubstanz, während in konzentriertem Magnesium- sulfat Krystalle wie Globoide unlöslich sind. Nach Tschirch und Kritzler bestehen die Eiweißkrystalle aus mindestens zwei differenten, aber sehr nahe verwandten globulinartigen Proteinen. Auch die Globoide enthalten Globulin, welches durch Bindung an Ca und Mg andere Eigenschaften angenommen hat. Am wesenthchsteu haben zur Kenntnis der Reserveproteide aus Samen in neuerer Zeit die zahlreichen Arbeiten von Osborne (1 0) bei- 1) Vgl. hingegen: J. Chifflot u. J. Kimpflin, Assoc. Avanc. Sei. (1907), p. 534. — 2) Krause, Chem. Zentr. (1893), I, 50; Th. Waage, Ebenda, 611. K. v. Spiess, Österr. bot. Ztsch. (1904), Nr 12. J. Viski, Botan. Közlem, 12, 169 (1913). Bot. Zentr., 123, 660 für Lolium. multiflorum. — 3) Für Keimblattstiel von Vicia: G. v. Beck, Wien. Ak., 9. Mai 1878; Bot. Ztg. (1878), p. 442. Grüne Aleuronkörner von Samen: Pistacia, Acer, Evonymus: v. Spiess, 1. c. G. Lopriore, ßer. bot. Ges., 22, 393 (1904). — 4) Molisch, Ebenda, j, 195 (1885) für Epiphyllum; Chmielewsky, Botan. Zentr. (1887), 117; Wakker, Justs bot. Jahresber. (1889), I, 596 (Tecophilea, Knollen). C. Mikosch, Ber. bot. Ges., 8, 33 (1890) (Oncidium, Blätter). — 5) Drechsel, Journ. prakt. Chem. (2), ig, 331 (1879). Grübler, Ebenda, 23, 97 (1881); Ritthausen, Ztsch. physiol. Chem., 6, 566 (1882) gab für das Klebermehl der Samen von Aleurites 73,11% Eiweiß und 11,39% Asche an. — 6) Foster, Proc. Roy. Soc. (1878), Nr. 191. S. H. Vines, Ebenda u. (1880), Nr. 204, p. 387. Journ. of Physiol., j, Nr. 2 (1881). — 7) Martin, Ebenda, 6, 336; Proc. Roy. Soc, 42, 331 (1887). — 8) Vines u. Green, Ebenda, 52, 130(1893); Green, 40, 28 (1886). — 9) A. Tschirch u. H. Kritzler, Ber. pharm. Ges., 10, Heft 6 (1900). Kritzler, Mikrochem. Unters, über die Aleuronkörner. Bonn 1900. 0. Tunmann, Pharm. Zentr. Halle, 50, 525 (1909). — 10) Tho. B. Osborne, Ergebn. d. Physiol., 10, 47 (1910). Abderhalden, Handb. biochem. Arb.meth., 2, 270 (1909). 232 AchtunddreißigBtes Kapitel: Die Reserveproteide der Samen. getragen, durch welche bestätigt wurde, daß die Hauptmassß der Samen- proteide aus globulinartigen Körpern besteht, wozu noch weniger ver- breitet und spärlicher vorkommend Albumine treten, ferner die auf Gräser beschränkten alkohollöslichen Eiweißstoffe des Klebers, die man über Vorschlag Osbornes als Prolamine bezeichnet, schließlich die Gluteline, deren Vertreter das Glutenin aus Weizen darstellt. 1., Albumine. — Der von Osborne als Leucosin bezeichnete albuminartige Eiweißstoff bildet etwa 0,4 7o des Weizenkorns, aber 10 7o des Embryos, weshalb die Substanz nicht zu den typischen Proteiden des Nährgewebes gezählt werden kann (1). Es koaguliert bei etwa 52°, ist durch Sättigung mit NaCl oder MgS04 aus der wässerigen Lösung fällbar und liefert bei der Spaltung über 1 1 % an Leucin. Die Analyse ergab 53,02% C, 16,8 % N, 1,28% S. Das Legumelin (2) ist ein in verschiedenen Leguminosensamen, wie Pisum, Lens, Vicia, Vigna, Glycine, in der Menge von etwa l,57ot oder auch etwas mehr, vorhandenes Albumin von ähnlichen Eigenschaften wie Leucosin. Die Hydrolyse liefert hier mehr Glutaminsäure als Leucin. Bei Phaseolus vulgaris wird es durch das noch näher zu untersuchende Phaselin vertreten. Im Ricinus- samen fand Osborne (3) das albuminartige Ricin, gleichfalls in einer Ausbeute von etwa 1,5% des entfetteten Materials. Er meint, daß dieser Stoff wahrscheinlich der Träger der toxischen Eigenschaften sei. 2., Globuline. — Die Hauptproteide der Samennährgewebe sind unstreitig die von Osborne als Globuline bezeichneten Stoffe, die früher Weyl als Phytovitelline benannt hatte. Unstreitig sind diese Stoffe den tierischen Globulinen durch ihre Eigenschaften, vor allem durch ihre Löslichkeitsverhältnisse, sehr ähnlich. Doch unterscheiden sie sich durch die Krystallisationsfähigkeit und die häufig deutlich ausgesprochene basische Natur von jenen so scharf, daß man Bedenken tragen kann, den Namen Globulin schlechthin für die Samenproteide zu gebrauchen. Die in neuerer Zeit wiederholt aufgetauchte Meinung, daß es sich in den Samenglobulinen um phosphorhaltige Stoffe, analog den tierischen Vitellinen und Caseinen handle (4), hat sich nach Osborne in keiner Weise be- stätigen lassen (5). Man kennt derzeit schon eine sehr bedeutende Zahl verschiedener Samenglobuline, die einander zum großen Teile sehr ähnlich sind. So ist das Edestin aus Hanfsamen der Typus einer ganzen Gruppe von Reserveproteinen aus verschiedenen Samen, die man früher mit dem Cannabisproteid für identisch angesehen hatte, jetzt aber wieder trennt. Edestin, durch seine große Krystallisationsfähigkeit ausgezeichnet, koaguliert in seiner Lösung in 10 7o NaCl erst bei Temperaturen nahe an lOO*', ist wohl durch Alkalisulfate, aber nicht durch Natriumchlorid aussalzbar (6). The vegetable Proteins, London 1909; Abderhalden, Biochem. Handlexikon, Bd. IV, p. 1 (1910); Osborne, A Collection of Papers on Proteid Constituents of Several Seeds. New HavenConn. (1890— 1901). Biochem. Handlexikon, 9, 1 (1915). E.Schulze, Landw. Vers.stat., 7J, 35 (1910); 0. Rosenheim, Sei. Progr., 2, 67(3 (1908). 1) Leucosin: Th. B. Osborne u. J. F. Harris, Amer. Journ. Physiol., xy, 223 (1906); Osborne, The Proteins of the Wheat Kernel. Washington (1907), Carnegie-Istitüt. A. J. Vandevelde u. L. Bosmans, Bull. Soc. China. Belg., 27, 28 (1913). — 2) Legumelin: Th. B. Osborne u. Harris, Journ. of Biol. Chem., 3, 213 (1907). — 3) Ricin: Osborne, Mendel u. Harris, Amen Journ. Physiol., 14, 259 (1905). — 4) WiMAN, Malys Jahresber. Tierchem., 27, 21 (1897). K. Weiss, Botan. Zentr., 87, 13 (1901). — 5) Osborne, Ztsch. physiol Chem., 36, 130 (1902). Extraktion der Globuline mit Natriumbenzoat 7%: G. Reeves, Biochem. Journ., 9, 508 (1916). — 6) Salzlöslichkeit: Osborne u. Harris, Amer. Journ. of Physiol., 14, 151 (1905); Fällungsgrenzen: Journ. Am. Chem. Soc, 25, 837. § 1. Allgemeine Orientierung und Vorkommen. 233 Die Hydrolyse liefert besonders viel Leucin, Glutaminsäure und Arginin. In den krystallisierten Salzfällungspräparaten des Edestins dürfte es sich nach OsBORNE um Säureverbindungen dieses basischen Eiweißstoffes handeln. Entfettetes Cannabissaraenmehl lieferte etwa 13% Edestin. Die in ihren physikalischen Eigenschaften dem Edestin äußerst ähnlichen Proteide aus den Samen von Cocos nucifera(l), Ricinus communis (Winterstein (2) stellte daraus ein eigentümliches, dem Lysin ähnliches, doch davon verschiedenes Spaltungsprodukt her), Cucurbita (Ausbeute 540/0 des entölten Samens), Linum usitatissimum (Ausbeute an Globulin 16,8% des entfetteten Materials), Helianthusannuus (2), ferner Gossypium (4), sodann die in Mengen von 0,7 bis 1,5% in den Getreidesamen enthaltenen Globuline, darunter auch das Avenalin aus Avena sativa, scheinen sich alle durch eine andere Zusammensetzung des Aminosäurengemisches bei der Totalhydrolyse vom Cannabis-Edestin zu unterscheiden. Gut bekannt sind sodann die Reserveproteide der Leguminosen- samen. Das PhaseoHn, zu 20o/o aus den Samen von Phaseolus multi- florus zu erhalten (5), ist aus seiner Lösung in 10 7o NaCl durch viel Wasser fällbar, in Wasser unlöslich, aussalzbar durch Ammoniumsulfat, nicht aber mit NaCl oder MgSO^, koaguliert bei 95". Das zuerst von Braconnot und von Loewenberg (6) studierte Legurain bildet etwa die Hälfte aller Eiweißsubstanzen der Samen von Vicia, Lens und Pisum. Auch in Cicer arietinum ist es enthalten (7). Es löst sich leicht in mehr als 5% NaCl, kann aus seiner Lösung mit NaCl oder MgSO^ nicht gefällt werden, gibt eine allraählig karminrot werdende Biuretprobe. Bei der Hydrolyse erhält man sehr viel Glutaminsäure und Arginin. In Faba, Lens und Pisum wird das Legumin von einem zweiten ähnlichen Stoff, dem Vicilin, begleitet, von welchem es sich schwer trennen läßt. Unterschieden wurde sodann vom Legumin auch das Hauptproteid des Samens von Glycine hispida, das Glycinin, ferner das Vignin aus Vigna sinensis (8). Unter dem Namen Conglutin wurden, wie Osborne (9) nach- gewiesen hat, früher sehr verschiedene Proteide zusammengefaßt. Die Benennung wurde für die beiden nahe verwandten charakteristischen Globuline aus den Samen von Lupinus Intens und angustifolius beibe- halten (10). Bei der Hydrolyse erhält man aus Conglutin sehr viel Glut- aminsäure. Die Proteine der Arachis hypogaea, das Arachin und Con- arachin (1 1 ) enthalten sehr viel Lysin. Conarachin hat am meisten basischen N 1) Johns, Finks u. Gersdorff, Journ. Biol. Chem., 37, 149 (1919). — 2) E. Winterstein, Ztsch. physiol. Chem., 45, 69 (1905). Ricinusproteid: Osborne, Mendel u. Harris, 1. c. — 3) Osborne u. Campbell, Journ. Amer. Chem., Soc, 19, 487 (1897). Hydrolyse: Abderhalden u. Reinbold, Ztsch. physiol. Chem., 44, 284 (1903). — 4) Osborne u. Vorhees, Journ. Amer. Chem. Soc, 16, 778 (1894). Hydrolyse: E. Abderhalden u. 0. Rostoski, Ztsch. physiol. Chem., 44, Sßö (1905). — 5) 1884 entdeckt von Ritthausen; Osborne, Chem. Zentr. (1894), II, 875 u. 1049. — 6) P. Loewenberg, Pogg. Ann., 78, 327 (1849). Über Ritthausens a- und b-Legumin: 0. Hammarsten, Ztsch. physiol. Chem., 102, 86, 105 (1918). — 7) M. FoRNAiNi, Ann. Staz. Chim. Agr. Sjper. Roma (2), 5, 199 (1912). Analyse: 2iLATAR0FF, Ztsch. Unt. Nähr., 31, 180 (1916). — 8) Glycinin: E. Meissl u. Böcker, Monatsh. Chem., 4, 349 (1883). Osborne, Chem. Zentr. (1898), II, 363. Osborne u. Clapp, Ztsch. analyt. Ch., 48, 623(1909). Vignin: Osborne u. Campbell, Journ. Amer. Chem. Soc, 19, 494 (1897). — 9) Osborne u. Campbell, Ebenda, t8, 609; Chem. Zentr. (189C), II, 436. — 10) Osborne u. Campbell, Journ. Amer. Chem. Soc, 19, 454 (1897). Campani u. Grimaldi, Chem. Zentr. (1888), II, 1550. Con- glutin, Hydrolyse: E. Winterstein u. Pantanelli, Ztsch. physiol. Chem., 45, 61 (1905); Abderhalden u. Herrick, Ebenda, p. 479. Phasin aus blauer Lupine: MuENK, Landw. Vers.stat., 85, 393 (1914). — ,11) Johns u. Jones, Journ. Biol. 234 Achtunddreißigstes Kapitel: Die Reserveproteide der Samen. von allen bisher bekannten Pflanzenglobulinen. Analoge Körper sind die beiden Proteide der Canavalia ensiformis, das Canavalin und Con- canavalin (1 ), sowie das Stizolobin aus Stizolobium niveum(2). Das früher als Conglutin geführte Globulin aus dem Samen der Prunaceen: Amygdalus und Persica, ist eine ganz verschiedene Substanz, für welche Osborne und Campbell die alte PROUSTsche Bezeichnung „Amandin" beibehalten haben (3). Das Globulin der Paranuß, Bertholletia excelsa, das man nach Osborne als Excelsin unterscheidet, war das zu- erst bekannte künstlich krystallisierbare Samenproteid. Man erhält 22 % des entfetteten Samenmehles an krystallisiertem Eiweiß. Früher als Magnesiumverbindung erklärt, werden diese Krystalle jetzt von Osborne als Säureverbindung des nativen Globulins angesehen. Als Corylin führen Osborne und Harris (4) das Reserveproteid von Corylus Avellana, mit welchem die als Juglansin unterschiedenen Proteide der Juglans- und Carya- Arten (5) die größte Ähnlichkeit haben und sich nur durch ihren geringeren Gehalt an Ammoniak-N davon abtrennen lassen. Auch das Castanin von Castanea vesca ist nach Barlow (6) dem Corylin sehr ähnlich. Das Buchweizenglobulin liefert nach Johns (7) viel Lysin, Näherer Untersuchung bedürftig sind die Globuline der Coniferen- samen, welche alle bei der Hydrolyse sehr viel Arginin ergeben (8). Aus demselben Grunde kann auf die Angaben bezüglich der Samenproteide von Aleurites (9), Croton Tiglium (10), Johannesia princeps Vell. (11), Manihot Glaziowii (12), Carica Papaya und Nephelium (13) nicht einge- gangen werden. Tschirch und Kritzler versuchten die von Osborne festgestellten Charaktere der einzelnen Samenproteide mikrochemisch zu verwerten und fanden, daß man Excelsin und TVmandin durch ihre Löslichkeitsverhält- nisse auch mikroskopisch gut unterscheiden kann. Das Proteid der Foe- niculumsamen unterschied sich hingegen nicht vom Edestin. Erwähnt sei noch, daß bei den Aleuronkörnern die Löslichkeit in Salzlösungen abnimmt, wenn die Samen mehrere Jahre lang aufbewahrt, werden. Dies war sehr ausgeprägt bei Myristica surinamensis der Fall. Möglicherweise stehen derartige Veränderungen wenigstens teilweise mit dem Verluste der Keim- fähigkeit alter Samen in Beziehung (14). ehem., 28, 11 (1916); 30, 33- (1917); 36, 491 (1918). M. Soave, Ann. Accad. Agric. Torino, 48 (1905). 1) Jones u. Johns, Journ. Biol. Chem., 28, 67 (1916); Sumner, Ebenda, 37, 137 (1919). Analyse bei Barnstein, Landw. Vers.stat., 85, 113 (1914). — 2) Johns u. Finks, Journ. Biol. Chem., 34, 429 (1918). Über Trigonella foenum graecum: Wunschendorff, Journ. Pharm, et Chim. (7), 20, 86 (1919). — 3) Vgl. auch BouLLAY, Ann. Chim. et Phys. (2), 6, 406 (1817) — 4) Osborne u. Harris, Journ. Amer. Chem. Soc, 25, 848 (1903). Analyse: Rubner, Arch. Anat. u. Phys., 1916, p. 240. — 5) Th. B.^ Osborne u. Harris, 1. c. Geo. 0. Peterson u. E. H. S. Bailey, Journ. Ind. Eng. Chem., 5, 739 (1913). — 6) W. E. Barlow, Journ. Amer. Chem. Soc, 27, 274 (1905). Nichtkrystall. Globulin der Samen von Acer saccharinum: R. J. Anderson, Journ. Biol. Chem., 34, 509 (1918). — 7) Johns u. Chernoff, Journ. Biol. Chem., 34, 439 (1918). — 8) Picea: E. Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 24, 276 (1898); 25, 360 (1898). Pinus sylvestris: Abderhalden u. Teruuchi, Ebenda, 45, 473 (1905). Pinus koraiensis: K. Yoshimura, Ztsch. Unt. Nähr. Gen.mittel, ig, 257 (1910). — 9) Ritthausen, 1. c. A. R. Thompson, Journ. Ind. Eng. Chem., 5, 644 (1913). — 10) E. Winterstein u. M. A. Jegorow, Landw. Vers.stat., 79180, 535 (1913) (Hydrolyse). — 11) Th. Peckoldt, Ber. pharm. Ges., J5, 183 (1906). — 12) Peckolt, Ebenda, 16, 22 (1906). — 13) D. Hooper, Pharm. Journ. (4) 37, 369 (1913). Samen von Carica 24,3% Eiweiß. Nephelium langana Camb. 6,26%. — 14) Vgl. auch 0. Tunmann, Pharm. Zentr. Hall., 50, 525(1909). § 1. Allgemeine Orientierung und Vorkommen. 235 Die alkohollöslichen Prolamine sind der Hauptbestandteil des Klebers der Gramineensamen. Schon die älteren Forscher wußten, daß der Kleber, den sie aber mehrfach von anderen pflanzlichen Proteinen nicht unter- schieden, partiell in Alkohol löslich sei (1). Analysen der Kleberproteine lieferten Mulder, Boussingault u. a. Forscher (2). Taddei (3) nannte den in Alkohol löslichen Anteil „Gliadin" oder Pflanzenleim, den Rück- stand „Zymom". Dumas und Cahours bezeichneten eine dritte Fraktion, welche sich aus dem Extrakte mit heißem verdünnten Alkohol beim Er- kalten abscheidet, als „Casein'-. Ritthausen unterschied später vier Fraktionen des Klebers als Gliadin (Pflanzenleim), Glutenfibrin, Glutencasein und Mucedin. Das Glut- encasein Ritthausens ist identisch mit Taddeis Zymom, Liebigs Pflanzen- fibrin und Berzelius' unlöslichem Pflanzenalbumin, und bleibt bei Be- handlung des Klebers mit kaltem verdünnten Weingeist ungelöst zurück. Ritthausen gab selbst die variable Zusammensetzung dieser Präparate zu. Außerdem schließt der Kleber ansehnliche Mengen von Nichteiweiß ein (4). Gegenüber der von Morishima und Schmiedeberg (5) ge- äußerten Ansicht, daß der gesamte Kleber nur aus einer einzigen Eiweiß- substanz, dem „Artolin", bestehe, werden wir mit guten Gründen an der von Taddei begründeten Scheidung der alkohollöslichen und unlöslichen Proteide festhalten. Kossel und Kutscher (6) haben darauf aufmerksam gemacht, daß Lysin nur bei der Hydrolyse der alkoholunlöslichen Fraktion erhalten wird, während die alkohollöslichen Anteile kein Lysin ergeben. Eine andere Frage ist es, ob die beiden Kleberfraktionen schon im Samen präexistieren, oder ob bei der Behandlung des Mehles mit Wasser eine fermentative Spaltung des nativen Klebers eintritt. Diese Frage ist von Weyl und Bischoff (7) tatsächhch aufgeworfen worden. Auch Kjeldahl und Martin schlössen sich solchen Auffassungen an, wogegen Johannsen, O'Brien, Balland (8) die Meinung vertraten, daß beide Fraktionen schon a priori vorhanden sind. So ist die Frage der Kleber bildenden Substanz noch ungelöst. Durch die Versuche von Osborne und VoRHEES ist gezeigt worden, daß ein vom alkohollöslichen Gliadin befreites Mehl keinen Kleber mehr zu bilden vermag; andererseits bildete auch Gliadin, mit Maisstärke gemischt, keinen kleberhaltigen Teig. Daher sind beide Kleberbestandteile irgendwie zur Teigbildung nötig (9). Setzt man Mehl Gliadin zu, so wird ein viel zäherer Teig als sonst erhalten, Kritik bei G. Lakon, Naturwiss. Ztsch. Forst- u. Landw., 9, 285 (1911). Mikr. Unters, von Getreidekörnern aus altägypt. Gräbern: E. Gain, Compt. rend., 132, 1248 (1901). C. Brahm u. J. Buchwald, Ztsch. Unters. Nähr. Gen.mittcl. 7, 12 (1904). Grenzen der Keimfähigkeit von Grassamen; A. Burgerstein, Zool. Bot. Ges. Wien., 51, 645 (1902). 1) Ältere Literatur über Kleber: Candolle, Physiologie, j, 301; Treviranus, Physiologie, 2, 39; Cadet, Ann. de Chim., 41, 315 (1802); Proust gab den Kleber von verschiedenen Samen, Früchten und Blättern an; Fabroni -unterschied ihn nicht einmal von Hefe (vgl. Davy, Agric. Chem. (1814), p. 95 u. 148). Histor. Daten ferner bei M. O'Brien, Ann. of Botan., 9, 172 (1895). Ritthau&en, Eiweißkörper (1872), p. 1. — 2) Boussingault, Ann. de Chim. et Phys. (2), 65, 301 (1837). Mulder, Berzelius Jahresber., 25, 577 (1846). — 3) Taddei, Schweigg. Journ., 29, 514. — 4) J. S. Chamberlain, Journ. Am. Chem. Soc, z8, 1657 (1906) gibt 25% Niehtprotein an. — 5) Morishima, Arch. exp. Pathol., 41, 345 (1898). H. Hayashi, Ebenda, 52, 289 (1905). — 6) Kossel u. Kutscher, Ztsch. physiol. Chem., 31, 212 (1900). — 7) Th. Weyl u. Bischo/f, Ber. chem. Ges., 13, 367 (1880). — 8) W. Johannsen, Chem. Zentr. (1888), II, 1369; Botan. Zentr., 39, 22 (1889); Compt. rend. Carlsbcig, 2, 199 (1888). Balland, Compt. rend., 116, 202 (1893). — 9) Vgl. auch B. v. Fenyvessy, Ztsch. Nähr. Gen.mittel, 21, 658 (1911). 236 Achtunddreißigstes Kapitel: Die Reserveproteide der Samen. und man kann das zugesetzte Gliadin wieder vollständig im Kleber auf- finden. An den Weizenkleber knüpfen sich auch die später für die Eiweiß- chemie wichtig gewordenen Versuche von Wood und Hardy (1) über die Bildung von kolloiden Lösungen durch den Einfluß sehr verdünnter Säuren und Alkalien, welche durch die Bildung von Eiweiß-Ionen erklärt wurde. Zusatz von Salzen hemmt diese Wirkung, nach der Annahme Hardys duich Zurückdrängung der loneneiweißbildung. Gegenüber der Ansicht Rttthausens, daß die alkohollösliche Kleber- fraktion aus mehreren Eiweißkörpern bestehe, haben einige neuere Forscher, wie GÜNSBERG, Martin und Osborne (2), auf die TADDEische Auf- fassung zurückgegriffen, daß nur ein einziges alkohollösliches Proteid im Weizenkleber vorhanden sei, welchem der Name Gliadin zu verbleiben hätte. O'Brie-n, in gewissem Sinne auch Kutscher, schließen sich hin- gegen der Ansicht Ritthausens an (3). Das Glutenfibrin, Mucedin und Gliadin Ritthausens sind nur durch die verschiedene LösHchkeit in kaltem 60% igen Alkohol unterschieden worden. Kutscher (4) meint das Glutenfibrin außerdem durch seinen großen Gehalt an Tyrosingruppen und den geringeren Gehalt an Glutaminsäure charakterisieren zu können, während Gliadin und Mucedin auch nach Kutschers Ansicht als ein- heitliches Proteid aufzufassen wären. Das Gliadin aus Weizen ist oft der Totalhydrolyse unterworfen worden (5), wobei sich besonders der hohe Gehalt an Glutaminsäure (37,33 %) un^l an Prolin (7,06 7o) als be- merkenswert ergaben. Lysin ist, wie erwähnt, darin nicht nachzuweisen gewesen. Zur quantitativen Bestimmung des Gliadins, die in praktischer Hinsicht wichtig ist (6), geht man am besten so vor, daß der im koagulablen Teil des Alkoholextraktes enthaltene Stickstoff bestimmt wird (durch die Differenz zwischen Gesamt-N und dem im Filtrat enthaltenen N), oder man benutzt die polarimetrische Methode. Das im Roggen enthaltene Prolamin ist zwar dem Weizengliadin sehr ähnHch, doch ist nach Osborne spezifische Drehung und das Mengen- verhältnis der Hydrolysenprodukte so konstant verschieden, daß man besser tut, das Roggenprolamin als vom Gliadin verschieden anzusehen (7). Das Prolamin der Gerste ist schon durch seine große Löslichkeit in Wasser und Neutralsalzlösungen vom Gliadin different und wird als Hordein bezeichnet (8). Hinsichtlich des Prolamins aus Avena, welches bisher nur 1) T. B. Wood u. W. B. Hardy, Koll.Ztsch., 4, 213 (1909). Kolloide Quellung von Weizengluten: Upson u. Calvin, Journ. Amer. Chem. Soc, 37, 1296 (1915). — 2) GüNSBERG. Journ. prakt. Chem., 85, 213; Osborne u. Harris, Amer. Journ. PhysioL, 13, 35 (1905). Gröh u. Friedl, Biochem. Ztsch., 66, 164 (1914)). Mar- CHADiER u. Goujou, Joui^n. Pharm, et Chim. (7), 10, 191 (1914). — 3) M. O'Brien, Ann. of Botan., 9, 172 (189.6). — 4) Kutscher, Ztsch. physiol. Chem., 38, 133 (1903). — 5) Kutscher, 1. c. E. Abderhalden u. F. Samuely, Ebenda, 44, 276 (1905). P. Bergell, Chem. Zentr. (1905), II, 1103. Th. B. Osborne u. S. H. Clapp, Amer. Journ. Physiol, /;, 231 (1906). Ztsch. analyt. Chem., 47, 81 (1907); Osborne u. H. GuEST, Journ. Biol. Chem., 9, 426 (1911); Osborne u. Ch. S. Leavenworth, Ebenda, 14, 481 (1913). Osborne, Slyke u. Leavenworth, Ebenda, 22, 269 (1915). Veränderungen des Klebers bei Oxydationen: Jelinek u. Spousta, Ztsch. Getreidewes., 8, 113 (1918). — 6) Lit. Geo. A. Olson, Journ. Ind. Eng. Chem., 5, 917 (1913); R. Hoagland, Ebenda (1911), p. 838; J. E. Greaves, Univ. Califom. Publ. Physiol., 4, 31 (1911); Journ. biol. Chem., 9, 271 (1911). W. K Mathewson, Journ. Am. Chem. Soc, 30, 74 (1908). Bailey u. Blish, Journ. Biol. Chem., 23, 346 (1915). Olson, Journ. Ind. Eng. Chem., 6, 211 (1914). — 7) Kolloidchemisch stimmen beide Stoffe nach Lüers, KoU. Ztsch., 25, 230 (1919) völlig überein. —8) Hordein: Lindet u. L. Ammann, Corapt. rend., 145, 253 (1907); H. Schjerning, Compt. rend. Carls- berg, 9, 237 (1913). Lake, Osborne u. Wells, Journ. Infect. Diseas., 14, 364 § 1. Allgemeine Orientierung und Vorkommen. 237 von OsBORNE Studiert worden ist, liegen noch nicht abgeschlossene Unter- suchungen vor. Hingegen ist das Prolamin aus Zea Mays, das in warmem 80— 90°/oigem Alkohol lösliche Zein, genauer bekannt. Die Unterscheidung stammt schon von Gorham [1821] (l). Nach Soave bildet Zein im Mais- endosperm etwa Vs des Gesamt-N und 36,6 7o des Eiweiß-N. Bei der Keimung tritt es in kleiner Menge auch im Embryo auf. Bemerkenswert ist, daß man aus Zein bei der Hydrolyse weder Lysin noch Tryptophan erhält, und das Zein infolgedessen nicht imstande ist für sich allein höheren Tieren als Stickstoff quelle zu dienen. Als Maysin haben Donard und Labbe (2) ebenfalls alkohollösliche Proteide aus Mais beschrieben, die sie durch Amylalkoholextraktion gewannen. Doch ist es zweifelhaft inwieweit es sich hier um präexistierende Eiweißstoffe handelt. Als Maysin hat übrigens Osborne auch einen globulinartigen Eiweißstoff aus Zea Mays beschrieben. Dem Zein ähnlich ist das alkohollösliche Proteid von Andropogon Sorghum, von Johns (3) Kafirin genannt. Es macht hier über die Hälfte des Gesamtproteingehaltes aus. Auch in Oryza sativa ist ein alkohollösliches Proteid nachgewiesen (4). 4. Den in Alkohol unlöslichen Anteil des Klebers bilden die von Osborne so benannten Gluteline, voti denen das Weizenglutenin der- bekannteste Vertreter ist. Dieser Stoff ist identisch mit Taddeis Zymom und dem sogenannten Glutencasein neuerer Autoren. Charakteristisch ist die Unlöslichkeit in Wasser und Neutralsalzlösungen und die Löslichkeit in sehr verdünntem Alkali. Es ist im Kleber etwa in der gleichen Menge vorhanden wie das Prolamin. Die Hydrolyse ergibt sehr viel Glutamin- säure und Gegenwart von Lysin und Tryptophan. Auch im Mais ist ein analoger Stoff nachgewiesen, und bei Oryza wird anscheinend die größte Menge des Gesamteiweiß von dem alkalilösUchen Oryzenin ge- bildet (5). Bezüglich des Eiweiß aus Glyceria fluitans fehlen einschlägige Angaben (6). Die Aleuronzellen der Gramineensamen werden übrigens, wie A. Meyer (7) und Johannsen besonders nachgewiesen haben, nur fälschlich „Kleberzellen" genannt, nachdem keine Spur von Kleberproteiden in ihnen enthalten ist, und die letzteren nur im Mehlendosperm vorkommen. Hingegen sind wohl diese Zellen der Sitz jener Bestandteile der Reis- kleie, welche man auf Grund neuerer Erfahrungen bei ausschließlicher Er- nährung durch Reis zur Hintanhaltung der als Beri-Beri bezeichneten polyneuritischen Erkrankung für unentbehrlich hält (8). Funk, der sich (1914). ScHJERNiNG, Compt. rend. Carlsberg, jj, 45 (1914), Lüers, Biochem. Ztsch., ^6, 117 (1919). 1) Zein: R. H. Chittenden u. Osborne, Ber. ehem. Ges.. 25, 92 u. 436 (1892); Osborne, Journ. Am. Chem. Soc, 19, 525 (1897). M. Soave, Staz. Sper. Agr. ital., 60, 193, 244 (1907); G. Galeotti u. Giampalmo, Arch. itai. Biol., ji", 232 (1910). M. Dennstedt u. F. Hassler, Ztsch. physiol. Chem., ^S, 489 (1906). — 2) Donard u. Labbe, Compt. rend., 135. 744 (1902); jj7, 264 (1903). Maiskeime: Winterstein u. Wünsche, Ztsch. physiol. Chem.,° 95, 310 (1915). — 3) Johns u. Brewster, Journ. Biol. Chem., 28, 69 (1916). Brewster u. Alsberg, Proc. Soc. Exp. Biol., 12, 192 (1915). Johns u. Jones, Journ. Biol. Chem., j6, 323 (1918). — 4) S. Kajiura, Biochem. Journ., 6, 171 (1912). — 5) Kajiura, 1. c. U. Suzuki, YosHiMURA u. FuGi, Joum. Coli. Agr. Imp. Un. Tokyo, j, 77 (1909); Suzuki, T. Shimamura u. S. Odake, Journ. Coli. Agr. Tokyo, I, Nr. 4, p. 381 (1913). — 6) Glyceria: C. Hartwich u. C. Hakanson, Ztsch. Unt. Nähr. Gen. mittel, 20, 473 (1905). — 7) A. Meyer, Justs botan. Jahresber. (1887), II, 557. P. Lindner, Woch.schr. Brau-^rei, 55, 237 (1918). — 8) C. Funk, Journ. of Physiol., 45, 7& (1912); Ergebn. d. Physiol., 13, 123 (1913); Ztsch. physiol. Chem., «9, 378 (1914). Die Naturwissenschaften, 2, 121 (1914). Suzuki, Shimamura, 1. c. E. B. Vedöer 238 Achtunddreißigstes Kapitel: Die Reserveproteide der Samen. am eingehendsten mit dieser interessanten Frage befaßt hat, meint, daß die in Frage stehenden Stoffe, die er als Vitamine bezeichnete, Basen der Pyrimidinreihe darstellen. Das Reisvitamin würde der Formel C17H20N2O7 entsprechen. Auffallend ist auch die von Suzuki nachgewiesene Abspaltung von Nicotinsäure aus dem Vitamin von Oryza, welche auf die Existenz des Pyridinringes hindeutet, der bisher bei keinem Pyrimidinderivat nach- gewiesen worden ist. Vitamin ließ sich auch in Hefe nachweisen durch die Heilwirkung gegen die Polyneuritis nach Verfütterung von geschältem Reis an Tauben. Der Zusammenhang dieser merkwürdigen Basen mit dem Eiweißumsatz ist wohl unbestreitbar, doch fehlen nähere Anhaltspunkte. In erster Linie wäre wohl an Beziehungen zum Nucleinumsatz zu denken. Nach Andeutungen bei Suzuki über Emulsinspaltung dieser Basen, könnte es sich um glucosidische Verbindungen handeln. Die antipolyneuritische Substanz der Kleie ist wasserlöslich, nicht lipoidlöslich. Für praktische Zwecke kann man die Kleberproteide durch Kneten eines Teiges aus 25 g Wasser und 50 g Mehl und Auswaschen desselben in strömendem Wasser bis zur Gewichtskonstanz, Trocknen und Wägen be- stimmen (1). Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, daß man nicht verlust- frei operiert, und Gliadin auch in Kochsalzlösungen etwas löslich ist (2). Fleurent (3) gewann aus Roggen für 100 g Mehl 8,26 g Kleber, aus Mais 10,63 g, aus Reis 7,86 g, aus Gerste 13,82 g und aus Buchweizen 7,26 g. Roggen und Weizen enthalten etwa 4% des Korngewichtes an Gliadin. Über Differenzen im Klebergehalte des Getreides nach Korngröße, Rasse Düngung usw. sind die Angaben von Beseler und Maercker (4), sowie jene von Gatellier und L'hote (5) zu vergleichen. Die Bodenbeschaffenheit beeinflußt übrigens den Eiweißgehalt von Weizen nur wenig, das Klima viel mehr (6). Einer Nachprüfung dürfte noch die Angabe von Lakon (7) bedürfen, wonach in den Samen von Fraxinus excelsior ein Mucin als Reservestoff vorhanden ist. Proieosen hat Osborne bei seinen Untersuchungen insbesonders in verschiedenen Samen weit verbreitet nachgewiesen, doch stets in ge- ringer Menge. Es ist noch nicht sichergestellt, welcher Anteil derselben als sicher präformiert angesehen werden kann und wie viel davon während der Präparation entsteht. In sehr geringer Menge fand Mach (8) in ruhenden Samen von Lupinus luteus einen Stoff, den er als echtes Pepton ansprach. Ältere Angaben über Peptone und Albumosen in Samen sind zweifelhaft. Bezüglich der außerordentlich geringen Mengen von verschie- denen Aminosäuren und Diaminosäuren, welche sich in ungekeimten Samen u. R. Williams, Philipp. Journ. Sei., VIII, B, Heft 3, p. 176 (1913). C. Funk, Die Vitamine, ihre Bedeutung usw. Wiesbaden 1914. Journ. of Physiol, 48, 228 (1914). EusTis u. Scott, Biochem. Bull., 3, 466 (1914). Oseki, Biochem. Ztsch., 65, 168 (1914). 1) A. Vandevelde u. Leperre, Chem. Zentr. (1902), I, 71. — 2) Vgl. G. L. Teller, Ebenda (1897), I, 390. — 3) E. Fleurent, Compt. rend., 123, 327 (1896); 126, 1374 (1898); 133, 944 (1901). Chem. Zentr. (1903), I, 849. — 4) A. Beseler u. A. Maercker, Justs Jahresber. (1887), I, 150. — 5) E. Gatellier u. L'HoTE, Compt. rend., 108, 869, 1018, 1064 (1889); J. König u. P. Rintelen, Ztsch. Unt. Nähr. u. Gen.mittel, 8, 401 (1904). Shaw, Univ. of Californ. Publ. Agr. Sei., I, 63 (1913). — 6) J. A. Le Clerg u. P. A. Yoder, Journ. Agr. Res. Dpt. Agr. Washington, i, 275 (1914). — 7) G. Lakon. Naturwiss. Ztsch. Forst- u. Landwirtsch., 9, 285 (1911). — 8) W. R. Mack, Ztsch. physiol. Chem., 42, 259 (1904). Auch Th. Bokorny, Pflüg. Arch., 80, 48 (1900). § 1. Allgemeine Orientierung und Vorkommen. 239 frei vorfinden, wäre auf die Angaben von Schulze und Castoro(I) hinzuweisen. Auch die Nucleoproteide der Samen waren in einigen Fällen Gegen- stand der Untersuchung. Genauer bekannt sind allerdings nur einige Daten bezüglich der Nucleinsäuren.aus Grassamen. Aus dem Embryo von Grami- neen lassen sich Nucleinsäuren reichlich gewinnen und Osborne (2) konnte etwa ^/3 der gesamten Nucleinsäuren aus entfetteten Weizenembryonen schon durch einfache Wasserextraktion gewinnen. Petit (3) stellte ein Nucleinpräparat aus Hordeum- Embryonen her, welches aber noch viel fremde Aschenbestandteile, darunter 3,2 7o SiOj und 0,195 % Eisen enthielt. Am eingehendsten ist durch die Arbeiten von Osborne die Nucleinsäure aus Weizenembryonen bekannt geworden, die den Namen Triticonucleinsäure erhalten hat. Die Substanz soll der Zusammensetzung C4iHgiNi6P403i entsprechen, und bei der Hydrolyse Adenin, Guanin, Uracil und Ammoniak liefern. Sie ist in Wasser schwerer löslich als tierische Nucleinsäure, bildet leichtlösliche Alkalisalze. Sie soll drei Pen- tosengruppen, aber keine Hexosengruppe einschließen. Nach Levene und La Forge (4) liefert die Triticonucleinsäure bei der partiellen Hydrolyse wie Hefenucleinsäure Guanosin, Adenosin und Cytidin, und enthält d-Ribose. Es liegt jedenfalls der Verdacht vor, daß schwer abzutrennende organische Beimengungen in den Präparaten von Osborne noch vorhanden waren und die Triticonucleinsäure möglicherweise mit der Myconuclein- säure aus Hefe identisch ist (5). Man erhält nach Osborne bedeutend weniger an Nucleinsäure, wenn die gepulverten Embryonen nicht frisch verarbeitet werden. Außer dieser Nucleinsäure fanden Osborne und Campbell (6) im Weizenembryo noch 10% Leucosin, 5% eines Globulins und 3 % an zwei verschiedenen Proteosen. Das Leucosin dürfte vor allem im Embryo lokalisiert sein. Über die Menge der in verschiedenen Samen enthaltenenNucleoproteide "versuchte man durch die Bestimmung des N, P und S in dem durch Pepsin- HCl „unverdaulichen" Anteiles des Materiales Aufschluß zu erhalten, Klinkenberg (7) führte folgende für verschiedene Futtermittel bestimmte Werte an. In Prozenten der Trockensubstanz unverdaulicher N Nuclein-P Mohnkuchen . . . Sesamkuchen . . . Sojabohne .... Erdnußkuchen . . Coprakuchen . . . Rapskuchen . . . Baumwollsamenkuchen Reismehl .... Gesamt-N Cu fällbare] 6,226 5,822 6,331 6,234 6,296 5,696 7,575 7,231 3,382 3,154 5,302 4.625 6,714 6,423 1,980 1,840 0,706 0,7070 0,406 0,0481 0,270 — 0,345 0,0361 0,254 0.0335 0,677 0,0676 0,583 0,0670 0,409 0,0402 Stutzer (8) gab folgende Zahlen: 1) E. Schulze u. N. Castoro, Ztsch. physiol. Cham., 41, 455 (1904). — 2) Th. B. Osborne u. J. F. Harris, Ebenda, j6, 85 (1902). — 3) P. Petit, Compt. rend., 115, 246; n6, 995 (1892). — 4) P. Levene u. F. La Forge, Ber. ehem. Ges., 43, 3164 (1910). P. Levene. Biochem. Ztsch., 17, 120 (1909). — 5) Vgl. Read u. Tottingham, Journ. biol. Chem., 31, 295 (1918). — 6) Th. B. Osborne u. G. F. Campbell, Journ. Am. Chem. Soc, 22, 379 (1900). — 7) W. Klinken- berg, Ztsch. physiol. Chem., 6, 155 (1882). — 8) A. Stutzer. Ebenda, 11, 207 (1887). 240 Achtunddreißigstes Kapitel: Die Reserveproteide der Samen. Proz. Gesamt-N Hiervon „nverdauUch ^Zj^TJSS'^ Reisfuttermehl . 2,106 0,326 15,6 Palmkuchen . . 2,520 0,378 15,0 Baumwollsaatkuchen 7,401 0,542 7,3 Cocoskuchen . . 3,549 0,294 8,2 Rapskuchpn . . 5,443 0,5.50 10,2 Erdnuß .... 8,132 0,363 4,5 Lupine .... 7,839 0,066 0,8 Malzkeime . . . 4,167 0,382 9,2 Steinnuß . . . 0,619 0,082 13,3 Amthor(1) untersuchte das Nuclein der Vitissamen während der Reife der Beeren und fand: Mit verdünnter Ätherlöslicher P HCl extrahierbarer Nuclein-P Phosphor Am 6. September v erhielt sich wie 1 9,4 : 1,1 V 30. •, ) 10,0 : 0,9 „ 30. Oktober ,. 1 9,4 0,8 wenn die in Äther lösliche Phosphormenge gleich 1 gesetzt wurde. Geschälte Beta- Samen enthalten nach Strohmer und Fallada (2) 3,16% der Trockensubstanz an Nuclein. Gegen alle diese Ermittelungen läßt sich insbesondere einwenden, daß der als unverdaubar bezeichnete N und P nicht vollständig aus den Nucleo- proteiden stammen muß. Übrigens zeigen sich in diesen Tabellen manche Widersprüche im Verhältnis des unverdaulichen N und des Nucleinphosphors. Zweifellos im Zusammenhange mit dem Nucleinumsatz stehen die Befunde von Allantoin in manchen Samen von Solanaceen: Nicotiana und Datura Metel L. (3). §2. Methodische und quantitative Ermittelungen. Als das schonendste Verfahren zur Bestimmung der Reserveproteide in Samen, soweit es sich nicht um die in verdünntem Alkali löslichen Stoffe auch handelt, darf die Extraktion mit 10% NaCl gelten, welche Osbornb und seine Mitarbeiter eingeführt haben und auf Grund deren sie zahlreiche approximative quantitative Angaben lieferten. Dieses Verfahren, welches oft nützliche Dienste leisten würde, wird aber sowie das ältere Ritthausen- sche Verfahren: Ausziehen mit verdünnter Alkalilauge und Fällen mit Essig- säure, in der Untersuchungsjiraxis, welcher wir die meisten zahlenmäßigen Ermittelungen über Samenproteide verdanken, nicht angewendet, sondern meist die von Stutzer (4) herrührende Fällung der Eiweißstoffe aus dem Material mit Kupferhydroxyd. 1) C. Amthor, Ztsch. physiol. Chem., 9, 138 (1885). — 2) F. Strohmer u. 0. Fallada, Chem. Zentr. (1906), I, 1440. — 3) Nicotiana: F. Scurti u. F. Peroia- Bosco, Gazz. chim. ital., 36, II, 626 (1906); Datura: G. de Plato, Ann. Staz. Chim. Agr. Sper. Roma (2), III, 187 (1909). — 4) A. Stutzer, Journ. f. Landw., 28, 103, 436 (1880); 29, 473; Ber. chem. Ges., 13, 251(1880); Ztsch. physiol. Chem., 9* 211 (1886). Keine Bedeutung besitzt gegenwärtig mehr das Verfahren nach Beerend (1884) mit Ferriacetat. Ein Vergleich der Bestimmungsmethode mit Pb und Cu findet sich bei Böhmer, Landw. Vers.stat., 28, 250. Ferner E. Schulze, Landw. Jahrb., 6, 167; Landw. Vers.stat., 24, 358. Schulze u. Barbieri, Ebenda, 26, 213 (1881). Proteinbestimmung in Getreide: G. Silvestri, Ann. di Chim. appl,. 1, 214 (1914). § 2. Methodische und quantitative Ermittlungen. 241 1 g Substanz wird durch 1 mm-Sieb gebracht, in einem Becher- glase mit 100 com Wasser zum Sieden erhitzt (bei stärkehaltigen Substanzen wird 10 Minuten im Wasserbade erwärmt), sodann 0,3—0,4 g aufgeschlämmtes Cu(0H)2 zugesetzt. Zur Herstellung des Cu(0H)2 löst man nach Fass- BENDKR (1) 100 g CUSO4 in 5 1 Wasser, setzt 2,5 ccm Glycerin zu, fällt mit einer genügenden Menge NaOH, welche man auf 1,5 1 verdünnt hat; nun läßt man auf dem Filter abtropfen, verreibt in einer Schale mit Wasser (1 1 Wasser und 5 ccm Glycerin) und wächst das Alkali gänzlich aus. Nach dem Erkalten der mit Cu(OH) 2 versetzten Mischung wird filtriert und im ausgewaschenen Rückstande der Stickstoff nach Kjeldahl bestimmt. Enthielt das Material viel Phosphor, so hat man vor dem Kupferzusatze einige Kubikzentimeter Alaunlösung zuzufügen. Die in der Praxis nach dem Vorschlage von Henneberg übliche Berechnung des Eiweiß durch Multi- phkation des erhaltenen N mit 6,25 hat die fehlerhafte Voraussetzung, daß die Samenproteide gerade 16% N enthalten. Ritthausen (2) schlug auf Grund besserer Erfahrungen vor, bei der Analyse von Getreide und Hülsen- früchten (18,2% N) den Faktor 5,7 zu benutzen, bei Ölsamen 5,5. So sind die vielen Eiweißbestimmungen in Samen, welche die Literatur enthält (vgl. 1. Auflage, Bd: II, p. 155) in ihrer Richtigkeit sehr schwankend, da sie mit Hilfe der landläufigen Berechnung des „Rohproteins" gewonnen sind, und dürfen nur mit Kritik und Vorsicht zu wissenschaftlichen Zwecken herangezogen werden. Im allgemeinen trifft es zu, daß fetthaltige Samen durchschnittlich mehr Eiweiß gespeichert haben als amylumreiche Samen. Jedoch ist bei den letzteren selten Nährgewebe und Embryo getrennt untersucht worden, und man ist nicht im klaren, ob die Differenz des Reserveproteingehaltes für die Nährgewebe allein nicht noch größer ausfallen würde. Für die Ge- treidearten ist es durch die Analysen erwiesen, daß der Keim mehr als doppelt so viel Protein enthält als das Endosperm. Hohe Eiweißwerte werden ferner für die amylumhaltigen Samen der Chenopodiaceen angegeben. Für die Samen der Leguminosen, welche größtenteils viel Stärke und weniger Fett enthalten, findet man die höchsten Zahlen für den Eiweiß- gehalt, die bis zur Hälfte der Trockensubstanz hinaufgehen. Man kann daher vorläufig keine allgemeine Regel über einen Zusammenhang zwischen Kohlenhydrat- resp. Fettgehalt der Nährgewebe und ihrem Gehalte an Reserveproteiden aufstellen. Einen Fall, in dem die einzelnen Teile des Samens resp. der Frucht genauer hinsichtUch ihres Eiweißgehaltes geprüft sind, bietet die Unter- suchung von Hopkins, Smith und Fast (3) für Zea Mays. Die erste der Analysen 'betrifft eine Maissorte von minderem, die zweite eine Sorte von mittlerem, die dritte Analyse eine Maissorte von hohem Proteingehalt. Anteil der Partien am Korngewicht in Proz. Eiweißgehalt in Proz. I II III I II III Spitzenkappe 1,20 1,46 1,62 7,36 8,83 4,64 Hülle 5,47 5,93 6,09 .4,97 3,96 3,84 Hornige Schicht (Kleber) . 7,75 5,12 9,86 19,21 22,50 24,58 Hornige Stärkeschicht . . 29,58 32,80 33,79 8,12 10,20 10,99 Bodenstärke 16,94 11,85 10,45 7.22 7,92 8,61 Spitzenstärke 10,03 5,91 6,23 6,10 7,68 7,29 Keim 9,59 11,53 11,93 19,91 19,80 19,56 Ganzes Korn 100,0 100,0 100,0 9,28 10,95 12,85 1) G. Fassbender, Ber. ehem. Ges., 13, 1821 (1880). — 2) Ritthausen, Landw. Vers.stat., 47, 391 (1896). E. Schulze, Ebenda, 33, 124 (1887). — 3) C. G. Hopkins, L. H. Smith u. E. M. East, Journ. Amer. Chem. Soc, 25, 1116(1903). C z a p e k , Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 16 242 Neununddreißigstef Kapitel: Eiweißresorption bei der Samenkeimung usw. Bei der Bestimmung der N-Verteilung nach van Slyke könnten etwa vorhandene Nucleinsäuren ein Plus in der Argininfraktion vortäuschen (1). Neunimddreißigstes Kapitel: Eiweißresorption bei der Samen- keimuiig und Eiweißregeneration im Keimling. Der allgemeine Verlauf der Eiweißmobilisierung. Nach den vorliegenden Erfahrungen darf man die Ansicht als be- rechtigt ansehen, daß die Mobilisierung der Reserveproteide im Samen während der Keimung des letzteren auf keinem anderen Wege erfolge, als die Eiweißresorption durch Pilze, Bacterien und bei der tierischen Verdauung: nämlich durch hydrolytische Spaltung des Reserveeiweiß auf enzymatischem Wege mit nachfolgender neuerlicher Synthese von Proteiden aus den Eivveißspaltungsprodukten in der Keimpflanze selbst. Die einzelnen Phasen dieser Vorgänge sind äußerst ungleich gut bekannt und der ganze Prozeß in vieler Hinsicht nicht hinreichend aufgehellt. Ganz un- bekannt scheinen die allerersten Produkte der Eiweißspaltung zu sein, die intermediär entstehenden Polypeptide. Relativ gut kennt man das Gemisch der hydrolytischen Endprodukte der Proteolyse bei der Keimung, besonders durch die vielen eingehenden analytischen Studien von E. Schulze und dessen Schülern. Schulze (2) hat sich zuerst dahin geäußert, daß man aus theoretischen Gründen erwarten sollte, eine nahe Überein- stimmung dieser Produkte mit dem Hydratationsgemische anderer voll- ständiger Eiweißhydrolysen zu finden (3). Da nun aber sehr rasch sekun- däre Veränderungen verschiedener Spaltungsprodukte erfolgen und an- scheinend Vorgänge, die bereits in den Komplex der Eiweißregeneration gehören, unmittelbar an die Hydrolyse der Reserveproteide sich anschließen, so wird das Bild in derart tiefgehender Weise verändert und getrübt, daß es noch nicht möglich war, das Schicksal und die Bedeutung der einzelnen Intermediärprodukte hinreichend aufzuklären. Natürlich ist die Zahl, welche man jeweilig in den einzelnen Keimungsstadien (wenn der Prozeß unter normalen Lebensbedingungen verläuft) für den Eiweißverlust findet, eine Resultante aus dem Gesamt- verluste an Reserveproteiden und dem bereits neugebildeten Protein. Durch geeignete Bedingungen, wie andauernde Verdunkelung, läßt sich die Eiweißregeneratiön erfahrungsgemäß hemmen und auf die Ursachen dieser Hemmung wird noch einzugehen sein; wir wissen jedoch nicht, wie weit- gehend die Folgen der Lichtentziehung für den Gesamtkomplex der Eiweiß- 1) Brewsteru. Alsberg, Journ. Biol. Chem., 37, 367 (1919). — 2) E. Schulze, Landw. Jahrb. (1885), p. 713; 35, 621 (1906). Bestimmung der nichtproteinartigen Verbindungen: Journ. f. Landw., 52, 305 (1904). Greenwald, Journ. Biol. Chem., 21, 61 (1905). Bush, Ebenda, 33, 551 (1918). Vgl. auch J. M. Petrie, Linn. Soc. N. S. Wales 1908). — 3) Vergleich der Hydrolyse von Helianthus-Samen mit den Keimungsprodukten und mit der Autolvse. F. Scurti u. A. Parrozzani, Gazz. Chim. ital, 38, I, 216(1908). Staz. Sper.'agrar. ital., .;/, 577 (1908); Ann. Staz. Chim. Agr. Sper. Roma (2), II, 285.(1908). Für Avena sativa: A. Pugliese, Arch. Fisiol,, 10, 292 (1912). Formoltitration: Langkammerer, Ztsch. ges. Brauwes , 42, 236 (1919). § 1. Der allgemeine Verlauf der Eiweißmobilisierung. 243 regeneration sind; jedenfalls stimmt das vorhandene Aminosäuregemisch in verdunkelten Keimlingen nicht überein mit dem künstlich aus dem Reserveprotein zu erhaltenden tr3^tischen Verdauungsgemisch. In methodischer Hinsicht wird man zu Versuchen über den Verlauf der Eiweißresorption bei der Samenkeimung Samen bevorzugen, welche ein relativ sehr großes Nährgewebe und einen kleinen Embryo besitzen, um Fehler durch den Eiweißgehalt des letzteren möglichst zu vermindern. Als Schulze und Flechsig (1) verschiedene Samen im Dunklen auf Säge- mehl keimen ließen, erhielten sie in drei Keimungsstadien folgende Zahlen für Stickstoff in Prozenten des Gesamt-N. Ungekeimt In essig- fiiweiß Amid saurem N N Alkohol lösl. N Erbsen 86,44 11,62 1,94 Bohnen 87,94 10,70 1,36 Lupine 83,92 14,89 1,19 Roggen 77,13 17,02 5,85 Hafer 89,67 2,18 8,15 Gerste 88,08 9,33 2,59 Weizen 88.79 10,12 3,09 Dieselben N- Verbindungen in den 3 Keiraungsstadien : 58,33 30,34 11,33 | 70,66 21,29 8,05 53,73 40,05 6,22 63,47 26,94 9,59 72,77 17,33 9,90 75,12 16,27 8,61 80,08 13,15 6,77 62.04 26,90 11,06 63,42 23,53 13,05 55,29 30,13 14,58 69,06 19,28 11,66 71,21 13,64 15,15 69,63 22,43 7,94 73.05 20,31 6,64 70,90 16,98 5,12 83,76 11,44 4,80 73,13 20,56 6,31 Bei den reserveproteidreichen Leguminosensamen liegt demnach der minimale Eiweißwert im Keimungsverlauf merklich niedriger als bei den Gräsern. Bei den Leguminosen machen die Amide schließlich 50—70% des Gesamt-N der Keimpflanzen aus, und Asparagin kann nach Schulze (2) bis 30 % der Trockensubstanz betragen. Da Asparagin 21,24% N und (nach Osborne) Conglutin 17,99% N enthält, so entsprechen im N-Gehalte 84,68 Teile Asparagin 100 Teilen Conglutin, bei N-ärmeren Eiweißstoffen noch mehr als 100. Schulze, Ukich und Umlauft (3) untersuchten die Keimung von Lupinus luteus im Dunkeln; die erste Untersuchung wurde nach 8 Tagen Keimung vorgenommen (I), bis dahin betrug der Trockensubstanzverlust 12,64%; die Keimungsperiode (II) war nach 13 Tagen erreicht (Substanz- verlust bis dahin 18,31 %). In 100 Teilen' geschälten Materials waren ent- halten: In Wasser unlöslich: Ungekeimte Samen L Differenz IL Differenz Conglutin . . 40,32 21,40 - 18,92 10,25 - 11,15 Löslich: Albumin . . . Conglutin . . Asparagin . . Aminosäuren . und andere N-haltige 1,50 3,25 13,58 Stoffe 3,53 9,78 27,08 + 2,03 - 3,25 + 9,78 + 13,50 1,41 18,22 24,54 - 2,12 + 8,44 - 2,54 Somit wurden 25,42 % des vorhanden gewesenen Conglutins als tiefstes Minimum gefunden; von den 45,07 Gewichtsprozenten Eiweiß im ungekeimten Samen waren nach 12 Keimungstagen 11,66 vorhanden. Das gebildete Asparagin enthielt allein 63,5% des N des nicht mehr vorhandenen Conglutins. In weiteren Untersuchungen fand Schulze (4) bei der Keimung von Lupinus luteus im Dunkeln (18—20° C) folgende Zahlen: 11 E. Schulze u. E. Flechsig, Landw. Vers.stat. (1885), p. 137. — 2) E. Schulze, Landw. Jahrb., 9, 12 (1880). — 3) E. Schulze, W. Umlauft u. A. Urich, Ebenda, 5, 821 (1876). — 4) E. Schulze, Ebenda (1878), p. 411. 16* 244 Neununddreißigstes Kapitel: Eiweißresorption bei der Samenkeimung usw. Ungekeimt 4 Tage 7 Tage 12 Tage 15 Tage Keimungszeit Eiweiß Proz. . . 51,0 44,44 31,88 16,0 11,56 darin N . . . . 8,16 7,11 5,10 2,56 1,85 Er berechnete daraus einen Eiweißverlust von binnen 4 7 12 15 Tagen pro 100 Teile Samentrockensubstanz: 9,09 23,14 37,93 42,02 pro 100 Teile des ursprünglichen Eiweiß : 17,8 45,4 74,4 82,4 Von dem N des verschwundenen Eiweiß fand Schulze (trotz der damals noch unentwickelten Methodik) über 80% wieder. Meklis(1) erzog Lupinus angustifolius im Dunkeln auf Gazenetzen in Wasser und fand in 2 bis 2i4wöchentUchen Keimlingen 12,15% Eiweiß, 25,17% Asparagin, 2,12% Nuclein (u. a. unverdauliche Proteide) gegen 36,18% Eiweiß, 0,0% Asparagin und 0,88% Nuclein in den ungekeimten Samen. Der Proteinzerfall nahm bis zum 9. Tage zu und wurde dann lang- samer, das Asparagin vermehrte sich rasch bis zum 12. Tage, und nahm noch bis zum 15. Tage zu, als die Eiweißmenge schon gleich blieb. A. Beyek (2) untersuchte die Keimung von L. luteus in reinem Sande am Licht. Nach Verlauf der ersten Keimungsperiode waren die Cotyledonen noch in der Samenschale; Hypocotyl + Wurzel 1—1% Zoll lang. Nach Ablauf von Periode II waren alle Cotyledonen hervorgebrochen und er- grünend; Keime 2—3 Zoll lang. Die Samenschale wurde mitanalysiert. 1000 Stück bei 100^ getrocknete Samen enthielten in Grammen: Ungekeimt I. Cotyled. Hypocot. Wurzel Cotyled. IL Hypocot. Wurzel Protein . . 49,075 44,250 1,491 0,540 40,263 1,806 1,028 Asparagin — — 0,521 0,224 0,965 0 977 0,670 Gesamt -N . 7,852 7,080 0,348 0,134 6,646 0,496 0,306 Danach stieg das Minus an Protein in den Cotyledonen bis auf 17,96% der Anfangs menge. Prianischnikoff (3) fand bei Vicia sativa im Dunklen: 100 g Samen ent- Die Keimpflanzen enthielten in Gramm hielten Gramm nach 20 Tagen nach 40 Tagen Protein 28,5 Asparagin .... — andere Aminosäuren — organische Basen . 2,25 Die Eiweißmenge sank somit um 68,91% der Anfangsmenge. Andre (4) lieferte für Bohnen, in Ackerboden gesät, analoge Daten von Licht- und Dunkelpflanzen. Letztere hatten nach 1 Monat 49% des ur- sprünglichen Trockengewichtes verloren, das Reserveproteid war gänzlich verschwunden und der Stickstoff des wasserlöslichen Rückstandes betrug 83,5% des Gesamt-N. In Keimungsversuchen von Zlataroff (5) an Cicer 10,60 8,86 7,86 9,92 10,19 10,57 2,62 1,50 1) M. Merlis, Landw. Vers.stat., 48, 419 (1897). — 2) A. Beyer, Ebenda, 9, 168. — 3) Prianischnikoff, Ebenda, 46, 467 (1896). E. Schulze, Ebenda, jp, 294 (1891). — 4) G. Andre, Corapt. rend., 134, 995 (1902); 130, 728 (1900); 167, 1004 (1918). — 5) A. Zlataroff, Biochem. Ztsch., 75, 200 (1916). Über Triticum vgl. Pettibone u. Kennedy, Journ. Biol. Chem., 26, 519 (1916); Pisum: Sure u. ToTTiNGHAM, Ebenda, p. 635. Thompson, .Journ. Amer. Chem. Soc, 37. 230 (1915). 1. Der allgemeine Verlauf der EiAveißmobilisierung. 245 arietinum war binnen 25 Tagen der Proteingehalt auf ^ des Anfangsgehaltes gesunken; das Nuclein blieb fast unverändert. Die Gerste wurde hinsichtlich ihres Keimungsstoffwechsels' mehrfach untersucht, doch sind die analytischen Daten des Proteinzerfalles erst in den gründlichen Untersuchungen von Schjerning (1) mit der wünschens- werten Genauigkeit ermittelt worden. Die Zunahme des wasserlöslichen Stickstoffes während der Keimung von Hordeum verfolgte Behrend (2) mit dem Ergebnisse, daß innerhalb der ersten 9 — 10 Keimungstage mehr als die Hälfte, ja manchmal der ganze Stickstoff des ungekeimten Korns als wasserlöslicher N vorliegt, wobei von dem letzteren etwa % auf Eiweiß-N, 14 auf Amid-N gerechnet werden kann. Bei der Einquellung gehen 3,4 bis 5,2% des Gesamt-N durch Auslaugen verloren. Nach Sybel (3) enthält der Blattkeim der Gerste in Prozenten der Trockensubstanz 2,21 ,, Albumin und Legumin", 1,02 „Peptone", 6,38 Amide, 19,65 wasserunlösliches Eiweiß. Im Wurzelkeim ergaben sich 0,92 ,, Albumin und Legumin", 0,75 „Peptone", 13,54 Amide und 13,97. unlösliches Protein. Für die Folge waren zunächst die Untersuchungen von Osborne und Campbell (4) von großer Bedeutung. Dieselben ergaben, daß die Samenproteide der Gerste zunächst ohne tieferen hydrolytischen Zerfall durchgreifende Veränderungen erfahren. Das Ergebnis dieser Forschungen kann in den Hauptzügen durch die nachfolgende Übersicht wiedergegeben werden. üngekeimte Gerste In Wasser lösliche Proteide; 1. Leucosin, 0,3% der Samentrockensubstanz. Malz Leucosin, unverändert in etwas vermehrter Menge wiedergefunden. Proteosen, eine oder 2a. Heteroproteose. mehrere, nicht getrennt 2b. Deuteroproteose, beide nur in geringer Menge. erhalten Menge m geringer In Kochsalz lösliche Pro- teide : In 75% Alkohol löslicht Proteide: 3. Globulin in geringer 3. Bynedestin, vom Menge (als Edestin ursprünglichen Edestin bezeichnet). ganz verschieden. Bildet 60 % aller Malzproteide. 4. Hör dein, mit Ritt- 4a. B^nin, mit 55% C. HAUSENS Mucedin iden- tisch 54,29 %, C, 4 % der Samen. Neu aufgetretenes Kle- berproteid, 1,25 % des Malzes. In Wasser, Salzlösungen und Betragen 42 % des Gesamt-N 3,8% solcher Proteide, in Alkohol unlösliche und 4,5 % des Mehles. Proteide : Die Gesamtsumme beträgt demnach : 10,75 % Proteide, und zwai- 7,84 % Proteide, und zwar 4,50 unlösliches Protein ; 4,00 Hordein; 0,30 Albumin; 1 ,95 Edestin u. Proteose. 3,80 unlösliches Protein; 1,75 alkohollöslich, hier- von 1,25% Bynin; 2,79 in NaCl lösliche Proteide. Im Malz sind somit die Proteide um 28,07 % des Gesamteiweiß im ungekeimten Korn vermindert. Von Interesse ist das Auftreten eines neuen 1) H. Schjerning, Compt. rend., Carlsberg, 8, 169 (1910); 9, 237 (1913); 11, 333 (1917). — 2) P. Behrend, Stoffurasatz bei der Malzbereitung. Programm Hohenheim (1884); Justs Jahresber. (1886), I, 72. Ferner Stein, Landw. Vers.stat., 3, 93 (1861). Balland, Justs Jahresber. (1883), I,. 40. Hilger u. A. van der Becke, Arch. Hvg., 10, ill (1890). — 3) J. Sybel, Justs Jahresber. (1890), I, 44. — 4) Th. Osborne u. G. Campbell, Journ. Amer. Chera. Soc, 18, 542 (1896). 246 Neununddreißigstes Kapitel: Eiweißresorption bei der Samenkeimung usw. globulinartigen Eiweißstoffes, des Bynedestins, welches mit konzentriertem NaCl nicht aussalzbar ist, mit MgS04 nur teilweise fällt, und auch bei 100" noch nicht völlig koaguliert. Es ist erheblich stickstoffärmer und C-reicher als das Hordeum-Edestin und dürfte vielleicht durch sehr geringe Spaltung aus dem Edestin entstehen. Hordeum-Edestin . 50,80 »/„ C 6,65 °i„ H 18,10 "/„ N 24,37 «/„ S und 0 Bynedestin . . . 53,19 7« C 6,69 »/„ H 15,68% N 1,25 7o S und 23,19% 0. Analog ist auch Bynin Stickstoff ärmer als das Hordein. Nach LiJERS(l) aber handelt es sich im Bynin um unverändertes Hordein. Ob bei der Bildung des Bynedestins Proteosenkomplexe abgespalten werden, ist nicht bekannt. Im Mobilisierungsprozesse der Gerstenproteide bei der Keimung finden wir demnach, daß sich die unlöshchen Proteide vermindern um 15,56%, die alkohollöslichen vermehren um 31,25%, die chlornatriumlöslichen vermehren um 19,54 %. Hier schließen sich nun die eingehenden Untersuchungen von Schjerning über die Veränderungen der Gerstenproteide beim Mälzen an. Zu der nach- folgenden Tabelle sei bemerkt, daß ,, Albumin I" Schjerning identisch ist mit Leucosin, „Albumin 11" mit Edestin oder Bynedestin. 10000 Körner enllialt^n ; Keimungs- p t- t Stickstoff in Gramm in der Form von: dauer ''"^ lösliche imlösl. Album. Album. De- t> , ^^ r> f^^^^Ä^J^rn"™"' Verbindungen I 11 nuclein P™^^'^«« ^^P**»«^ ^^jj;- Eingequellt Toluolwasser 0,84 5,42 0,19 0,!5 0,04 0,00 0,08 0,38 4 Ta e- / Toluolwasser 1,84 4,25 0,47 0,04 0,19 0,08 0,07 0,99 7 Tage 10 Tage \ Samenbrei 1,88 4,21 0,35 0,02 0,20 0.09 0,10 1,12 /Toluolwasser 2,35 3,38 0,50 0,14 0,16 0,04 0,20 1,31 \ Samenbrei 2,42 3,31 0,35 0,00 0,27 0,14 0,20 1,46 I Toluolwasser 2,29 3,13 0,53 0,03 0,19 0,06 0,17 1,31 I Samenbrei 2,48 2,93 0,31 0,00 0,30 0,12 0,24 1,51 Bezüglich der weiteren Veränderungen der Hordeumproteide während der lOtägigen Keimungsperiode in der Malzbereitung kommt Schjerning in seinen umfangreichen Untersuchungen zu dem Ergsbnis, daß das unlös- liche Eiweiß der Gerste teilweise durch ein oder mehrere Zvsischenstufen in ein wasserlösliches Proteid vom analytischen Verhalten des Edestins übergeht. Dieses verwandelt sich weiter in ein anderes, welches sich so ver- hält, wie Leucosin und dann in der Proteolyse in Proteosen, Pepton über- geht. Auch das Hordein verwandelt sich über Bynin in ein wasserlösliches echtes Protein vom analytischen Verhalten des Edestins und weiter, wie eben erwähnt, in Leucosin und Proteosen. Ebenso geht Edestin selbst über Bynedestin in Leucosin über. Die leucosinartigen Stoffe aus unlöslichem Protein, Hordein und Edestin verändern sich rasch unter der Einwirkung der Protease in die Abbauprodukte, während das präexistente Leucosin und das aus den Edestinsalzen entstehende anscheinend recht resistent gegen die proteolytische Einwirkung ist. Bei der Untersuchung der Malzkeime fand Yoshimura (2) Histidin, Cholin und Betain, aber kein Arginin, Vernin und Asparagin. Für Helianthus annuus hat endlich Frankfurt (3) folgende Daten gegeben: 1) H. LüERS, Biocheni. Ztsch., 96, 117 (1919). —2) K. Yoshimura, Ebenda, 31, 221 (1911). — 3) S. Frankfurt, Landw. Vers.stat., 43, 143 (1894). § 1. Der allgemeine Verlauf der Eiweißmobilisierung. 247 Eiweiß Nuclein Asparagin u. Glutamin Geschälte ungekeimte Früchte 24,06% 0,96% - Etioherte Keimlinge .... 15,00% 4,56% 4,05% Mikroskopisch läßt sich die Lösung der Reserveproteide leicht an Aleuronkörnern und deren Krystallen und Globoiden verfolgen, die einen Vacuolisierungsprozeß erleiden, und so verschwinden (1). Bei Strychnos verschwinden nach Tschirch (2) die Aleuronkörner zuerst, früher als die Reservecellulose. Erwähnt wurde bereits die Beobachtung von Kritzler(3), daß in lange aufbewahrten Samen, besonders deutlich bei Myristica surinamensis, die Löslichkeit der Aleuronkörner in 10% NaCl stark abnimmt, was dieser Autor mit dem Eintritt der Keimungs- unfähigkeit bei alten Samen in Zusammenhang brachte. Doch fand Lakon(4) für Fraxinus excelsior keine solche Beziehung. Dort sollen angeblich die Aleuronkörner aus einem Glucoproteid bestehen. Die Lösung der Reserveproteide fand ferner in den Versuchen von PuRiEwiTSCH ;;5) Über die selbsttätige Entleerung der Reservestoffbehälter Berücksichtigung. Bei Lupinus albus konnte in der Flüssigkeit, in welche ein an den Cotyledonen befestigtes als Ableitungsvorrichtung dienendes Gipssäulchen eintauchte, ziemlich viel Asparagin nachgewiesen werden. Auch auf die Untersuchungen von Tischler (6) über die Selbstverdauung von Endospermzeilen ist hier hinzuweisen. Joffrin(7) meinte in den Intercellulargängen der Cotyledonen die Wege erblicken zu sollen, auf denen die Lösungsprodukte der Reserveproteide wegtransportiert werden. Übrigens sei daran erinnert, daß die Anwesenheit des Nährgewebes keine unentbehrliche Bedingung für das Fortkommen des Embryos darstellt, so daß sich Ricinus, Nigella,. Papaverkeimlinge in den Versuchen von Urbain (8) auch nach sehr frühzeitiger Fortnahme des Nährgewebes entwickeln konnten. Allerdings kommt es zu Zwergwuchs und Schädigung der Blattbildung. Der „unverdauUche Stickstoff", welchen man hauptsächlich auf Nuclein zu beziehen pflegt, nimmt, wie schon einige oben angeführte Daten zeigen, bei der Keimung stetig zu. Prianischnikow (9) gab allerdings für Vicia sativa an, daß zunächst eine Abnahme, dann eine unbedeutende Zunahme des unverdaulichen N stattfinde. Doch haben andere Untersucher stets Zunahme konstatiert. Palladin (1 0) fand für die Keimung im Dunklen bei Triticum und Lupinus folgende Zahlen in Milligramm unverdaulichen N in 100 Keimlingen: Triticum Gequoll. Körner 3 Tage 6 Tage 9 Tage 11 Tage 14 Tage verdaul. N 61,9 — 48,8 — — 44,9 „ri,.rd.„,.N{j ^0 »i l;0 1^,1 - -^ Lupinus Gequoll. Körner nach 3 7 10 14 Keimungstagen verdaul. N — 796,0 476,2 194,1 170,4 unverdaul. N 27,6 25,3 26,7 26,5 27,2 1) Neuere Arbeiten: A. Guilliermond, Arch. Anat. Micr., lo, 141 (1908); J. Beauverie, Assoc. Franc. Av. Sei. (1907), p. 396; Compt. rend., 3. Dez. 1906; Soc. Biol, 6r, 656 (1906). — 2) A. Tschirch, Arch. Pharm., 228, 203 (1890). — 3) H. Kritz'ler, Untersuch, über die Aleuronkörner. Bonn 1900, p. 67. — 4) G. Lakon, Naturwiss. Ztg. Forst- u. Landw., 9, 285 (1911). — 5) K. Purie- WITSCH, Jahrb. wiss. Bot., jr, 1 (1898). — 6) G. Tischler, Ebenda, 52, 29 (1912). — 7) J. JoFFRiN, Rev. gen. Bot., 17, 421 (1905). — 8) J. A. Urbain, Compt. rend., 157, 450 (1913). — 9) Prianischnikoff, Landw. Vers.stat., 45, 253 (1894). — 10) W. Palladin, Rev. g6n. Bot., 8, 228 (1896); Botan. Zentr., 67, 79 (1896). 248 Neununddreißigstes Kapitel: Eiweißresorption bei der Samenkeimung usw. IwANOFF (1) hat mit Recht gegen die Methode der Bestimmung des unverdauhchen N Einwände geltend gemacht; es ist schwer zu sagen, ob dieser N einen einheitlichen Ursprung hat und ob der Anteil der Nucleine hieran nicht ein verschiedener sein dürfte. Deswegen zog es Iwanoff vor, die Bestimmung des Eiweißphosphors als Kontrolle des Nucleinumsatzes zu benutzen, und Zaleski (2) hat außerdem die quantitative Bestimmung der Purinbasen herangezogen. Der letztgenannte Forscher hat nachgewiesen, daß während der Keimung des Samen von Vicia faba sowohl der Eiweiß- phosphor als die Menge der Purinbasen in den wachsenden Teilen der Keim- pflanze zunimmt. Die Nucleine sind somit nur Baustoffe, und für die Annahme von reservestoffartigen Nucleinsubstanzen fehlen alle Anhaltspunkte. Schon aus den älteren Versuchen von Schulze, dann jenen von Merlis und besonders aus den Untersuchungen von Prianischnikoff (3) ergab sich, daß die Proteinverminderung bei der Keimung allmählich beginnt, dann eine namhafte Geschwindigkeit erreicht, so daß am 8. bis 10. Keimungstage 10—12% der Gesamteiweißmeuge binnen 24 Stunden verschwinden und daß sie sich schließlich wieder mehr und mehr ver- langsamt. Wovon der Verlauf der Zerfallskurve bestimmt wird, ist noch nicht exakt erforscht. Daß die Temperatur auf die Form der Vorgangs- kurve großen Einfluß hat, konnte Prianischnikoff (4) zeigen, welcher den Nachweis führte, daß es hier ein „Temperaturoptimum" nicht gibt, sondern daß ähnlich wie bei der Atmung bis zur Tötungstemperatur ein Ansteigen der Zerfallsgeschwindigkeit des Eiweißes mit der Temperatur zu konstatieren ist. Erbsenkeimlinge zeigten binnen Stägiger Keimung bei verschieden hoher Temperatur folgende Veränderungen des Eiweiß- gehaltes: Bei: 22,5° C 28,0« C 35-36» C Minus an Eiweiß . . . 14,01 20,28 22,00 Asparaginvermehrung . . 0,40 3,06 4,85 Der Einfluß von Temperatur und Licht in Verbindung mit der Er- nährung durch N und Mineralstoffe bei Triticumkeimpflanzen wurde ein- gehend durch W/SNiEWSKi(5) dargestellt. Licht begünstigt die Bildung der Eiweißstoffe um so mehr, in je weiteren Entwicklungsstadien sich die Keimlinge befinden. Daß bei ätherisierten Keimlingen die Verminderung der Reserve- proteide nicht soweit wie normal geht, hat Zaleski (6) für Lupinus angustifolius gezeigt. Wenn der entsprechende Rückschluß aus den Beobachtungen Zaleskis über die Verstärkung der Eiweißregeneration an ätherisierten Keimlingen bei künstlicher Kohlenhydratzufuhr gegenüber normalen Pflanzen erlaubt ist, so könnte man an eine Förderung der Eiweißregeneration durch die Ätherwirkung denken. Bei Darreichung von Coffein fand Zaleski hingegen die Verminderung des Reserve- proteins energischer vor sich gehend als normal. Terpene hemmen den Eiweißzerfall in der Keimung [Leschtsch (7)]. Die Wirkung von Sauer- stoffabschluß auf den Prozeß der Eiweißverminderung in keimenden Samen findet sich, soweit unzureichende Lüftung in Betracht kommt, in 1) L. Iwanoff, Ber. botan. Ges., 20, 366 (1902). Botan. Zentr., loi, 488 (1906). — 2) W. Zaleski, Ber. bot. Ges., 25, 213 (1907); 29, 146 (1911). — 3) D. Prianischnikoff, Landw. Vers.stat., 52, (1899). — 4) Prianischnikoff, Ber. bot. Ges., jS, 285 (1900). — 5) S. Wasniewski, Bull. Acad. Cracov. Juni 1914, p. 615. — 6) W. Zaleski, Ber. bot. Ges., 18, 292 (1900). - 7) M. Leschtsch, Ebenda, 21, 425 (1903). § 2. Proteolytische Enzyme in keimenden Samen. 249 den angeführten Arbeiten von Schj-erning über den Eiweißumsatz bei der Keimung der Gerste berücksichtigt. Hier tritt unter solchen Ver- hältnissen eine ausgesprochene Hemmung der ganzen Vorgänge ein(l). Weniger starke Wirkungen scheinen in den Versuchen von Palladin(2) an grünen und etiolierten 2 Wochen alten abgeschnittenen Triticum- keimlingen vorhanden gewesen zu sein, wo die Eiweißverminderung unter bestimmten Bedingungen: Abwesenheit von Amiden und Kohlen- hydraten, auch im 0-freien Räume schon am 1. Tage eine beträchtliche war (8,2 — 14,4%). Dabei wurde viel Tyrosin und Leucin, aber wenig Asparagin gebildet. Proteolytische Enzyme in keimenden Samen. Bereits 1874 gab Gorup Besanez (3) die Existenz eiweißlösender Enzyme für Cannabis, Linum und für gekeimte Gerste an; er fand das Glycerinextrakt aus diesen Samen befähigt Fibrinflöckchen zu lösen. In der Digestionsflüssigkeit war eine rote Biuretreaktion zu erzielen. Bei anderen Objekten: ungekeimte Gerste, Amygdalus, Pinus Pinea, Lupinus, konnte kein positives Ergebnis erhalten werden. Auch van der Harst (4) berichtete über die Auffindung eines pepsinartig wirkenden Enzyms in Bohnenkeimlingen, doch konnte Krauch (5) diesen Befund nicht be- stätigen. Später erweiterten Johannsen (6) für das ruhende Weizenkorn, Green (7) für Cotyledonen von Lupinus und Ricinuskeimlinge die Reihe der positiven Befunde. Green wies in der Digestionsflüssigkeit (Glycerin- extrakt aus Cotyledonen von Lupinus hirsutus) Fibrinlösung und Bildung von Leucin und Tyrosin nach.; er fand die beste Wirkung bei 40° C und schwach saurer Reaktion (0,2 % HCl). Im ruhenden Samen existiert diesem Autor zufolge ein Proenzym, welches durch Säurewirkung leicht in das proteolytische Enzym überzuführen ist. Späterhin benutzte Neu- meister (8) zum Nachweise proteolytischer Enzyme in einer Reihe von Samen die Enzymspeicherung in Fibrinflöckchen. Er ließ frisches Fibrin einige Zeit im Keimlingssafte liegen und brachte die imprägnierten Flöckchen in 0,8% ige Oxalsäure. Da in einer Anzahl von Fällen das Er- gebnis ein negatives war und auch Frankfurt (9) diese Versuche nicht in allen Punkten bestätigen konnte, so scheint diese Methode nicht immer zuverlässig zu sein. Permi und Buscalioni(IO) wiesen Enzyme in keimenden Samen mit ihrer Carbolgelatinemethode nach. Man gebrauchte auch in der Folge die BucHNERSche Preßsaftmethode, mit Hilfe deren es Geret und Hahn (11) gelang, proteolytisches Enzym in Lupinen- keimlingen nachzuweisen. Schließlich wurde die autolytische Methodik erfolg- reich angewendet. Soave (12) fand Eiweißhydrolyse bei chloroformierten keimenden Samen und schloß daraus auf die Gegenwart proteolytischer 1) H. ScHJERNiNG, Compt. Tcnd., Carlsberg, 8, 2:36 u. 330 (1910). — 2) W. Palladin, Ber. bot. Ges., 6, 206, 296 (1888). Bot. Zentr., 39, 23 (1889). — 3) Gorup Besanez u. H. Will, Ber. ehem. Ges., 7, 1478 (1874). Gorup Besanez, Ebenda, 8, 1510 (1875). — 4) L. J. van der Harst, Justs Jahresber. (1876), II, 867. Biedermanns Centr. (1878), 582. — 5) C. Krauch. Landw. Vers.stat., 23, 77 (1879); 27, 383 (1882). — 6) W. Johannsen, Justs Jahresber. (1886), I, 134. — 7) J. R. Green, Phil. Trans. Roy. Soc, 178, 39 (1887). Proc. Roy. See., 41, 46ft (1886); 47, 146 (1890); 4S, 370 (1891). — 8) R. Neumelster, Ztsch. Biol., jo, 447 (1894). — 9) S. Frankfurt, Landw. Vers.stat., 47, 466 (1896). — 10) Cl. Permi u. Buscalioni, Zentr. Bakt., II, 5, 24 (1899). — 11) L. Geret u. M. Hahn, Ber. ehem. Ges., 31, 2335 (1898). — 12) M. Soave, Staz. Sper. agr. ital., 32, 533 (1899). 250 Neununddreißigstes Kapitel: Eiweißresorption bei der Samenkeimung usw. Enzyme; Butke witsch (1) gelang es durch Digestion des gepulverten Keimlingsmateriales unter Thymolzusatz proteolytisches Enzym in Lupiuus, Faba und Ricinus nachzuweisen, welches im Einklänge mit älteren Be- obachtungen bei Gegenwart geringer Mengen von organischen Säuren am besten wirkte. Aber schon 0,2% HCl, andererseits auch 0,1% Na^COj waren hemmend. Kleine Dosen von Blausäure schienen die Enzym- wirkung zu fördern. Beim Digestionsgemisch aus Lupinus angustifolius dauerte die Proteolyse 12 Tage, wobei etwa 24 7o des ursprünglich vor- handen gewesenen Eiweißes verschwanden. Wenn man die gepulverten Keimlinge mit Glycerin extrahiert und das Glyceiinextrakt mit Alkohol fällt, so erhält man nach Butkewitsch ein auf Conglutin wirksames Enzympräparat, welches in den Versuchen dieses Autors binnen 7 Tagen etwa 32% des zugesetzten Conglutins in nicht koagulable N-haltige Stoffe zerlegte; unter diesen konnte Leucin und Tyrosin, nicht jedoch Asparagin nachgewiesen werden. Ob Butkewitsch die optimalen Be- dingungen beim Studium der Enzymwirkung innegehalten hat, ist mir zweifelhaft. Jedenfalls hat er aber in einer Reihe von Fällen ein tryp- tisches KeimHngsenzym sicher nachgewiesen. Daß schon in ungekeimten Samen eiweißlösende Enzyme vor- kommen können, hat man in neuerer Zeit besonders für die Cerealien- und die Leguminosensamen erwiesen (2). Nach Scurti und Par- ROZZANi ist auch das Enzym aus ruhendem Samen von Croton tiglium ein richtiges Trypsin und bildet aus Eiweiß Aminosäuren. Neutrale Reaktion scheint im allgemeinen die besten Wirkungen zu gestatten, ebensogut meist schwach saure Reaktion. Dies scheint auch von dem bei der Autolyse von Fabasamen durch Grimmer (3) nachgewiesenen tryptischen Enzym der Fall zu sein, ebenso bei dem tryptischen Enzym aus Hordeum und Avena. Der Nachweis von Tryptophan in gekeimtem Mais [ViNES (4)] ist auf Gegenwart von Trypsin zu beziehen, zumal sich hier ähnlich wie bei Leguminosen eine Fibrin lösende Wirkung konstatieren ließ. In neuerer Zeit ist man vielfach auf Enzymwirkungen bei Samen aufmerksam geworden, welche sich durch die alleinige Annahme tryp- tischer Fermente nicht erklären lassen. So fand Vines (5), daß man aus Caunabissamen, die wie Ölsamen überhaupt, viel aktivere Enzym- präparate liefern als Stärkesamen, durch Extraktion mit Natriumchlorid- lösung einen Auszug gewinnt, der kräftig auf Eiweiß wirkt, ohne Amino- säuren zu bilden, während das Wasserextrakt eine mehr peptische Wirkung hat. Scurti gab auch vom Viciasamen ein rein peptolytisches Enzym an. Andererseits wurde mehrfach von ereptischen Samenenzymen be- richtet. Dean (6) fand bei Phaseolus in allen Keimungsstadien ein Enzym, welches Albumosen leicht in Aminosäuren überführt, aber auf die Reserveproteide des Samens nicht einwirkt. Es ist natürlich nicht nötig, mit diesem Autor an „Protoplasmawirkungen" hinsichtlich der Lösung der Samenproteide zu denken, da offenbar Endoenzyme im Spiele sein können, die sich vom Plasma nicht durch Extraktion abtrennen lassen. 1) Wl. Butkewitsch, Ber. bot. Ges., i8, 185 (1900). Ztsch. physiol. Chem., 32, 1 (1901). — 2) H. Aron u. P. Klempin, Biochem. Ztsch., 9, 163 (1908). A. Brighenti, Arch. di Flsiol., ro, 212 u. 233 (1912). [Negative Befunde hingegen bei A. PuGLiESE, Ebenda, 292]. J. Scukti u. A. Parrozzani, Gazz. chim. ital., 37, I, 488 (1907). R. Giesen, Diss. Bern (1909). — 3) W. Grimmer, Biochem. Ztsch., 4, 80 (1907). — 4) S. H. Vines, Ann. of Bot. 20, 113 (1906). — 5) Vines, Ebenda, 22, 103 (1908). — 6) A. L. Dean, Botan. Gaz., 39, 321; 40, 121 (1906). § 2. Proteolytische Enzyme in keimenden Samen. 251 Bailey (1) berichtet von einem Erepsin aus Bananenfrüchten, Jacob- son (2) von einem solchen aus Samen von Medicago sativa. Auch die Frage der Einwirkung von Samenenzymen auf künsthch gewonnene Polypeptide ist durch Abderhalden (3) verfolgt worden. Während ungekeimte Samen meist keinen wirksamen Preßsaft lieferten, spaltete der Preßsaft aus Keimlingen von Lupinus, Triticura, Zea, Hordeum stets Glycyl-1-Glycin, Leucylglycin oder Dialanylcystin. Mit dem Malzenzym hat man sich von vielen Seiten befaßt. Nach- dem 1883 Michel (4) nach den ersten Angaben von Gorup Besanez dasselbe studiert hatte, Laszynski und Loe (5) nur negative Ergebnisse aufzuweisen hatten, zeigten Fernbach und Hubert (6) die Gegenwart eines Gelatine verflüssigenden Enzyms im Malz dadurch, daß sie im Chamberland-Filtrat die proteolytische Wirkung sicherstellten und aus diesem Filtrat die wirksame Substanz durch Alkoholfällung abtrennten. Windisch und Schellhorn (7) bestätigten die proteolytische Wirkung des Malzauszuges, sowie die Möglichkeit, daraus nach der WiTTiCHschen Methode ein Enzympräparat zu gewinnen. Die Behauptung von W^indisch, daß das Malzenzym am besten in schwach alkalischer Reaktion wirke, wurde durch Weis (8) und Lintner(9) widerlegt; das Optimum liegt bei schwach saurer Reaktion. Nach den genauen Ermittelungen von Schjerning(IO) wird der Maximaleffekt bei einer H-Ionenkonzentration von 0,122 xlO"^^ (Pjj = 5,8) erreicht; der minimale Effekt endet bei Konzentrationen unterhalb 0,122x10^^ (p^ = 6,8). Doch ist die Wirkung auf die peptolytische Aktion immer größer als diejenige auf die tryptische. Verschiedene Forscher, unter ihnen besonders Vines(II) und W^eis, haben auch hier angenommen, daß zwei Enzyme zugegen seien, eine Peptase, welche die nktiven Proteine angreift und ein Erepsin. Nach Court (12) würde es sich bei der keimenden Gerste um Nebeneinander wirken zweier Enzyme handeln, von denen eines leicht extrahierbar, das andere ein Endoenzym ist. Auch die Temperaturkurven beider Enzyme, die übrigens auch von Ananas- früchten, Pilzen, angegeben wurden, sollen verschieden sein. Im un- gekeimten Gerstenkorn scheint nach Weis ein Proenzym vorzukommen. Während der Keimung konnte Weis die ersten 3 Tage hindurch keine proteolytische Wirkung finden; erst am 4. Tage trat sie sehr stark auf 1) E. M. Bailey,. Journ. Am. Chem. Soc, 34, 1706 (1912). —2) C. J. Jacobson, Ebenda, p. 1730. — 3) K. Dammhahn, Diss. Gießen (1909); E. Abderhalden u. Dammhahn, Ztsch. physiol. Chem., 57. 332 (1908); Abderhalden u. Schittenhelm, Ebenda, 49, 26 (1906). Ferner S. Ivanow, Beiheft, bot. Zentr., 29, I, 144 (1912). — 4) Michel, Flora (1883), p. 360. — 5) B. de Vereng Laszcynski, Ztsch. ges. Brauwes., 22, 71, 83, 140 (1899); W. Loe, Ebenda, 22, 212 (1899). — 6) A. Fern- bach u. L. Hubert, Compt. rend., 130, 1783; 131, 293 (1900); P. Petit u. G. Labourasse, Ebenda, 131, 349 (1900). V. Harlay, Ebenda, p. 623. — 7) W. Windisch u. Schellhorn, Woch.schr. f. Brauerei (1900), Heft 24—29. Windisch, Ebenda, 29, 698 (1902). — 8) Fr. Weis, Ztsch. physiol. Chem., 31, 79 (1900); Ztsch. ges. Brauwes., 26, 301 (1902). Compt. rend. Carlsberg, 5, 133 (1903). Dort auch frühere noch unveröffentlichte Befunde von KIeldahl. Ph. Schidrowitz, Chem. Zentr. (1904), I, 105. Zefttr. Bakt., II, 12, 471 (1904). — 9) J. C. Lintner, Ztsch. ges. Brauwes., 25, 365 (1902). Vgl. auch R. Wahl, Journ. Ind. and Eng. Chem., 5, 752 (1913). Orig. Com. 8th Int. Congr. Appl. Chem., 14, 215 (1912) über günstige Wirkung von Milchsäure. — 10) H. Schjerning, Compt. rend. Carlsberg, 9, 319 (1913). — 11) S. H. ViNES, Ann. of Bot., 24, 213 (1910). Vgl. auch Bokorny, Pflüg. Arch., 90, 94 (1902). Die Angaben von A. Nilson, Journ. Am. Chem. Soc. (1904), p. 289 über Keimungsproteolyse sind unkritisch. — 12) D. Court, Free. Edinburgh. Soc, j2, 262; 34, 113 (1914). 252 Neununddreißigstes Kapitel: Eiweißresorption bei der Saraenkeiraung usw. und erreichte am 6. Tage ihr Maximum. Wo das Enzym im Samen gebildet wird, ließ sich bisher noch nicht eruieren. Beim Eintritt leb- hafter Proteolyse zeigen sich an den Aleuronzellen nach Brown und Morris (1) noch keine Veränderungen, sondern die Aleuronkörner ver- lieren erst ihre regelmäßige Form und werden durchsichtig, wenn der Blattkeim 4 — 5 mm lang geworden ist. Die Stärkekörner werden jeden- falls viel früher aufgelöst. In der zitierten Arbeit von Weis und bei ScHjERNiNG finden sich auch zahlreiche Angaben über die Abhängigkeit der Malzenzyrawirkung von der Temperatur, Fermentkonzentration und Eiweißkonzenti'ation, und über fördernde und hemmende Zusatzstoffe (2). Die optimale Temperatur für die peptische Wirkung liegt bei 55 ^ um etwa 10° höher als das Optimum für die tryptische Wirkung (3). Erwähnt seien ferner Befunde der Untersuchungen von Weis, welche darauf hin- deuten, daß ein Klebergerinnung erzeugendes Enzym im Malz vorliegen könnte. Doch ist kaum beizupflichten, wenn Weis dieses Enzym als „Lab" bezeichnet. Eine vollständige Untersuchung der durch die proteolytischen Keim- lingsenzyme gelieferten Spaltungsprodukte ist in keinem Falle geliefert worden. Weis fand, daß die Spaltung bis zu Proteosen und Peptonen durch das Malzenzym relativ rasch vor sich geht, während der übrige Prozeß einen langsameren Verlauf nimmt. Danach würde das Malzenzym in der Mitte stehen zwischen Pepsinwirkung und Trypsinwirkung, wenn es nicht ein Gemisch in dem oben angedeuteten Sinne ist. Übrigens ist auch für die besser gekannten anderweitigen proteo- lytischen Pflanzenenzyme: das von Wittmack, Wurtz und Bouchut zuerst genauer untersuchte Enzym der Frucht von Carica Papaya, welches als Papayotin oder Papain im Handel ist (4), noch weniger für das Brom- elin der Ananasfrucht (5) und andere Enzyme: Cucumis utilissima (6), Anagallis (7), Lolium temulentura (8), Ecballium elaterium (9), Cocos nucifera (l 0) u. a. m., die chemische Wirkung erst ungenau bekannt. Nach VINES(11) ist vielleicht auch das Papain des Handels als ein Gemisch peptischer und ereptischer Enzyme aufzufassen. Für das Papain scheint neutrale oder schwach alkalische Reaktion günstiger zu wirken als saure (12); für Bromelin gilt dasselbe (13). Die Wirkung von Papain auf Eiweiß dürfte im wesentlichen mit der Trypsinwirkung übereinstimmen (14), doch fand Emmerling sehr erhebliche Mengen von Albumosen und 1) Brown u. Morris, Journ. Chem. Soc, sy, 458 (1890). — 2) Vgl. auch L. Adler, Ztsch. ges. Brauwes., 38, 129 (1915). Swanson u. Tague, Journ. Amer. Chem. Soc, 3t, 1098 (1916). A. Baumann, Ztsch. ges. Brauwes., jp, 363 (1916). — Reiskleie: F. Keller, Diss. Erlangen 1914. — Bestimmung der proteolytischen. Kraft: Nowak, Journ. Ind. Eng. Chem., 7, 858 (1915). — 3) Schjerning, 1. e., p. 300; Über Darrmalz auch M. Krandauer, Ztsch. ges. Brauwes., 28, 449 (1905). — 4) Papaindarstellung : Fr. Davis, Pharm. Journ. Tr., 53, 207 (1893). — 5) Brom- elin: Chittenden, Journ. of Phvsiol., 15, 249 (1883). Kayser, Ann. Inst. Pasteur, 5 (1891). — 6) Green, Ann. of Bot., 6, 195 (1892). Cucurbitakeimlinge: A. L. Dean, Bot. Gaz., J9, 321 (1905). — 7) G. Daccomo u. Tommasoli, Chem. Zentr. (1892),, II, 532. — 8) M. Javillier, Compt. rend., jjö, 1013 (1903). — 9) A. Berg, Ebenda, 145, 370 (1912). — 10) E. de Kruyff, Bull. D6p. Agr. Ind. Neerl., 4 (1907). — 11) S. H. Vines, Ann. of Bot., 19, 149 (1905). — 12) Fr. Sachs, Ztsch.. physioL ehem., 5J, 488 (1907). J. R. Rippetoe, Journ. Ind. Eng. Chem. (1912), p. 517; Rideal, Pharm. Journ. Trans., 5^, 189 (1894). Martin, Journ. of Physiol., 5, 220. — 13) J. S. Caldwell, Bot. Gaz., 39, 407 (1905). — 14) 0. Emmerling, Ber. chem. Ges., J5, 695 (1902). Kutscher u. Lohmann, Ztsch. physiol. Chem., 46, 383 (1905). Über Unterschiede gegenüber trypt. Spaltung: L. B. Mendel u.P. Underbill, Zentr. Physiol. (1901), 689; Botan. Zentr., 92, 62 (1903). § 3. Die Abbauprodukte der Reserveproteide bei der Keimung von Samen. 253 Pepton bei der Papainhydrolyse. Erwähnt sei noch ein proteolytisches Enzym aus Nicotianasprossen, das Mosca(i) angab. Daß die proteolytischen Wirkungen bei der Keimung durch Sauer- stoffentziehung nur mittelbar* beeinflußt werden können, geht aus den Versuchen von Palladin und Kraule (2) hervor. Die Autolyse ist im Gegenteil reichlicher bei Sauerstoffabschluß, Durch Gefrierenlassen der Pflanzen zerstört man die proteolytischen Enzyme nicht (3). In den so abgetöteten Pflanzen kann man nach Palladin (4) beobachten, daß hier zutagetretende oxydierende Wirkungen, die in lebenden Pflanzen fehlen, hemmende Einflüsse entfalten. Auch Saccharosezusatz schwächte in manchen Fällen ab. Näherer Untersuchung bedarf es noch, inwieweit Lichtwirkungen die Arbeit proteolytischer Enzyme in lebenden Zellen beeinflussen (5). Schließlich sei noch erwähnt, daß man nach Appli- kation von Trypsinlösung auf Keimlinge von Zea und Helianthus und Phaseolus eine Förderung des Wachstums beobachtet hat. ohne daß sichergestellt wäre, welcher Faktor hier eigentlich die Hauptrolle spielt (6), Gänzlich unbekannt ist die Rolle der anscheinend bei Phanerogamen weit verbreitet vorkommenden Milchcasein labender Enzyme, wie sie durch Sheridan Lea (7) in Withania coagulans, von Javillier (8) in sehr vielen krautigen Teilen von Pflanzen aus verschiedenen Familien, wie Lolium temulentum, Anthriscus, Lamium, Capsella, Plantago, Phila- delphus, Medicago, Geranium, Ranunculus, gefunden wurden. Wir haben von diesen Vorkommnissen bereits in Kap. 34 § 6 ausführlicher gehandelt. § 3. Die Abbauprodukte der Reserveproteide bei der Keimung von Samen. Obgleich wir nach dem eben dargelegten Tatsachenmaterial an dem allgemeinen Vorhandensein proteolytischer Enzyme in keimenden Samen nicht zweifeln können, so stößt doch ein Vergleich der in etiolierten Keim- pflanzen auf Kosten der Reserveproteide gebildeten Produkte mit den- jenigen Substanzen, welche bei künstlicher Proteolyse durch Säuren oder Enzyme aus jenen Proteiden erhalten werden, auf große Differenzen. Dafür liefern ausgedehnte Erfahrungen von E. Schulze und dessen Mitarbeitern u. a. Forschern hinreichende Beweise. Ferner wissen wir, daß die Zusammensetzung des Gemisches der Abbaustoffe eine wesentlich andere wird, wenn die Keimlinge nicht unter normalen Bedingungen ge- halten werden. Nach Palladin kann die sonst massenhaft stattfindende Ablagerung von Asparagin in Leguminosenkeimlingen unterbleiben, wenn die Pflanzen unter Sauerstoffabschluß gehalten werden. Es treten statt dessen Leucin und Tyrosin auf. Ob dem immer so ist, bedarf noch der Feststellung. Claüsen sowie Ziegenbein geben an (9), daß 1) F. Tr. Mosca, Gazz. chim. ital., 43, H, 445 (1913). — 2) W. Palladin u. G. Kraule, Biochem. Ztsch., J9, 290 (1912). — 3) J. Kovchoff, Ber. bot. Ges., ^5. 173 (1907). — 4) W. Palladin, Biochem. Ztsch., 44, 318 (1912); Palladin, Alexandrow, Iwanow, Bull. Ac. Imp. Sei. (1912), p. 677. — 5) E. Lehmann u. A. Ottenwäldler, Ztsch. Botan., 5, 338 (1913). — 6) Vgl. N. Struiew, Schweiz. Woch.schr., 50, 433 (1912). — 7) Sher. Lea, Journ. Pharm, et Chim. (5), 11, 563 (1885). — 8) M. Javillier, Compt. rend., 134, 1373 (1902). Contrib. ä l'etude de Ja Presure chez les v6get., Paris 1903. Vgl. die p. 78 zit. Arbeiten von C. Gerber. — 9) Clausen, Landw. Jahrb., 19, 915 (1890). Schulze, Ebenda, 21, 105 (1892); Ziegenbein, Jahrb. wiss. Botan., 25, 664 (1893). 254 Neununddreißigstes Kapitel: Eiweißresorption bei der Samenkeimung usw. Asparaginbiklung auch in Wasserstoffatmosphäre reichlich zu beobachten sei. Bei etiolierter Gerste und Sojabohne fand Suzuki (1) ebenfalls, daß bei Sauerstoffabschluß wohl die Eiweißspaltung erfolgt, Asparagin jedoch nur bei Sauerstoff gegen wart eine Zunahme erfährt. Welche Bedeutung die von Palladin (2) beobachtete anaerobe Bildung von Aceton besitzt, die bei Triticurakeimen hervortritt, und welche mit dem Umsatz von Leucin in Zusammenhang gebracht worden ist, läßt sich gleichfalls nicht sagen. Es sei nur darauf hingewiesen, daß Acetonbildung auch im aeroben Leben bei unreifen Passiflorasamen und Fruchtschalen durch Sack (3) angegeben worden ist, wo Aceton neben Blausäure vorkommt. Ferner ist hinsichtlich des Tyrosinumsatzes durch Bertel (4) eine Reihe von Tat- sachen gefunden worden, die darauf hinweisen, daß der Umsatz bei Sauerstoffmangel in anderen Bahnen läuft als im normalen Leben. Diese Erfahrungen sind von besonderem Interesse, da die Chloroformnarkose ganz analoge Wirkungen hervorrief, wie Aufenthalt im luftverdünnten Räume. Ist dieses Tatsachenmaterial noch einer genauen Durcharbeitung wert, so gilt dasselbe von der Wirkung der Blausäure auf den Eiweiß- umsatz, über den wir aus tierphysiologischen Erfahrungen (5) so viel wissen, daß hierbei ein gesteigerter Eiweißzerfall unter reichlicher Bildung amidartiger Zwischenprodukte unterläuft. Auf botanischem Gebiete sind diese Einblicke noch gänzlich unausgenutzt geblieben. Alle diese Vorkommnisse wird man aber schon jetzt kaum anders verstehen können, als daß konform den Ausführungen von E. Schulze (6) die in lebenden Keimlingen vorhandenen Stickstoffverbindungen nicht un- mittelbar sämtlich durch die Eiweißhydrolyse geliefert sind, sondern daß die Zusammensetzung dieser Gruppierung ebenso sehr mitbestimmt wird durch den sich direkt an die proteolytische Spaltung anschließenden Verbrauch der primär gebildeten Produkte, sowie durch deren verschiedenfache Ver- änderungen und Umsetzungen. Dabei hat man an desamidierende, Kohlen- säure abspaltende, oxydierende und reduzierende Fermentwirkungen zu denken, die nach Bildung der Eiweißspaltungsprodukte dieselben un- mittelbar verändern. Man darf daher nicht erwarten, selbst in Autolysenversuchen, je- mals die hydrolytischen Endprodukte der Eiweißspaltung völlig unver- ändert wiederzufinden, da stets Enzyme zugegen sind, welche Amino- säuren usw. weiter verändern können. Ein gutes Beispiel hierfür liefert der durch Bertel näher verfolgte Tyrosinabbau in Lupinenkeimlingen, wobei sich feststellen läßt, wie das Tyrosin während der Autolyse unter Anhäufung stark reduzierender Stoffe allmählich verschwindet, und diese Veränderung an normalen Dunkelpflanzen nur deshalb nicht zustande- kommt, weil auch jene reduzierenden Stoffe auf oxydativem Wege rasch weiterverändert werden. Ohne Rücksichtnahme auf die an die Eiweiß- hydrolyse sich anschließenden Prozesse läßt sich demnach der Eiweißabbau in Keimlingen nicht verstehen. Zur Zeit wissen wir noch wenig von dem Schicksale, dem die primären Hydratationsprodukte, wahrscheinlich oft ungemein rasch, verfallen. So fand man bisher in Keimlingen kein 1) Suzuki, Bull. Agr. Coli. Tokyo, 4, 351 (1902); Landw. Jahrb., 30, 287 (1901). Vgl. auch BuTKEWiTSCH, zit. bei Prianischnikow, Ber, bot. Ges., 22, 43 (1904). — 2) W. Palladin u. Kostytschew, Ztsch. physiol. Chem., 48, 214 (1906^1. — 3) J. Sack, Pharm. Weekbl., 48, 307 (1911). — 4) R. Bertel, Ber. botan. Gas!, 20, 454 (1902). — 5) Vgl. A. Lobwy, Zentr. Physiol. (1905), p. 857; Biochem. Ztsch., 3, 439 (1907); 8, 132 (1908). — 6) E. Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 24, 70; 26, 411 (1898); jo, 241 (1900); 38, 199 (1903). Ber. bot. Ges., 18, 36 (1900). § 3. Die Abbauprodukte der Reserveproteide bei der Keimung von Samen. 255 Alanin auf, obwohl dasselbe sicher primär gebildet werden muß. Man wird sich aber auch stets zu vergegenwärtigen haben, daß nicht das ganze Quantum einer jeden Aminosäure, welche aus chemischen Gründen ein primäres proteolytisches Produkt in der Keimung sein kann, auch wirklich ganz oder partiell als primäres Produkt aufzufassen ist. Wir haben im Asparagin ein deutliches Beispiel dafür, daß es in Keim- pflanzen auch sekundär gebildete Aminosäuren gibt. Oft mag auch, wie es in der Tierphysiologie besser sichergestellt ist, durch Desamidierung ein proteolytisches Produkt rasch in Kohlenhydrate übergeführt werden (1). Sehr wenig ist die interessante Frage berührt worden, wie sich der Eiweißumsatz in der Keimung bei Zufuhr von Stickstoffverbindungen, besonders Nitraten oder Ammoniurasalzen, stellt. Zaleski (2) sah, daß Kalium- und Calciumnitrat den Eiweißumsatz fördert, während Hannig (3) bei Cruciferenkeimlingen in künstlicher Kultur isolierter Embryonen wohl die Aufnahme von Nitrat, nicht jedoch dessen Verarbeitung zu Eiweiß sicherstellen konnte. Die Reihe der in Keimpflanzen vorhandenen und noch aufzusuchen- den Eiweißderivate durchlaufend, werfen wir zunächst die Frage auf, ob es gehngt, in Keimlingen Proteosen und Peptone nachzuweisen. Daß OsBORNE und Campbell in ruhenden Samen häufig kleine Mengen von Proteosen aufgefunden haben, von denen nicht sicher steht, ob sie nicht erst durch die vorgenommenen Operationen abgespalten wurden, wurde bereits erwähnt. Auch die Angabe von Lemport(4) über Pepton- vorkommen in süßen Mandeln ist fraglich. Nachforschungen über die Bildung von Proteosen und Peptonen bei der Keimung haben bereits Griessmayer, Schulze und Barbieri, Szymanski (5) angestellt und über positive Ei'gebnisse berichtet, wogegen Krauch sowie Wilfarth (6) nach solchen Stoffen vergeblich suchten. Neumeister (7) berichtete wieder über gelungene Versuche, in Keimlingen gewisse Mengen von Substanzen nachzuweisen, die mit Ammoniumsulfat nicht auszusalzen sind und rote Biuretreaktion geben. Besonders ist auch den Arbeiten über Malzproteolyse, wie sie Schjerning in großem Umfange angestellt hat, zu entnehmen, daß intermediäre Bildung von Proteosen und Peptonen unleugbar stattfindet, wenn auch diese Stoffe sehr schnell weiter abgebaut werden. Genauere Untersuchungen über die Keimungsproteosen sind aber noch sehr erwünscht. Suzuki (8) berichtete über das Ansteigen von Pepton, Monamino- und Diaminostickstoff bei der Keimung von Phaseolus lunatus. Cavazzani und Manicardi (9) haben für Pisum- keimlinge die Existenz jener mit Phosphorsäure gepaarten peptonartigen Verbindungen nachzuweisen gesucht, die Siegfried (10) als Phosphor- fleischsäure aus Muskel darstellte und deren Eisenverbindungen als Carniferrin beschrieben ist. Diese „Nucleone", wie die genannten Forscher jene Verbindungen bezeichneten, sollen sich in belichteten Keimlingen 1) Zuckerbildung aus Eiweiß im Tier: L. Mohr, Ztsch. exp. Patbol. u. Ther., 2, 467 (1905). — 2) W. Zaleski u. W. Israilsky, Biochem. Ztscb., 24, 14 (1910). — 3) E. Hannig, Botan. Ztg., 65, I, 39 (1907). — 4) E. Lemport, Chem. Zentr. (1897), II, 979. — 5) V. Griessmayer, Ber. chem. Ges., jo, 617 (1877). E. Schulze u. Barbieri, Journ. f. Landw., 29, 285 (1881). Schulze, Landw. Jahrb. (1883), p. 909. F. Szymanski, Monatsh. Chem., 5, 667; Landw. Vers.stat., 32, 389; Ber. chem. Ges., 18, 492 u. 1371 (1885). — 6) Krauch, Landw. Vers.stat, 23, 77; 27, 383; Wilfarth, zit. bei Schulze, Ebenda, 33, 126. — 7) R Neumeister, Ztsch. f. Biol., 30, 447 (1894); vgl. auch Th. Bokorny, Pflüg. Arch., 80, 48 (1900). — 8) Sh. Suzuki, Journ. biol. Chem., 3, 265 (1907). — 9) C. Manicardi, Malpighia, 19, 81 (1905). — 10) M. Siegfried, Ber. chem. Ges., 27, 2762 (1894). 256 Neununddreißigstes Kapitel: Eiweißre8oq)tion bei der Samenkeimung usw. anhäufen, bei der Keimung im Dunkeln aber tiefgreifend verändert werden. Es unterliegt wohl kaum einem Zweifel, daß hier dieselbe Er- scheinung vorliegt, die vom Nucleinumsatz bereits lange bekannt ist, und durch Zaleski ausführlich bearbeitet worden ist. Die bezüglich der Aminosäuren von Keimlingen meiner Meinung nach leitenden Prinzipien sind damit dargelegt. Folglich kann die von E. Schulze (1) aufgestellte Forderung, daß die Eiweißspaltung bei der Keimung dieselben primären Produkte liefern müsse wie die künstliche Hydrolyse, wenigstens praktisch nie nachgewiesen werden, da sich sofort sekundäre Vorgänge der verschiedensten Art, die fast gar nicht exakt erforscht sind, anschließen. Der erste Schritt zur Erklärung dieser ver- wickelten Verhältnisse darf wohl in der Feststellung von Pfeffer (2) gesehen werden, daß die oft gewaltige Anhäufung von Asparagin in Dunkelkeimlingen damit zusammenhängt, daß den Pflanzen nicht genügend Kohlenhydrate zur Eiweißregeneration zur Verfügung stehen und ihnen das Licht als Mittel zur Beschaffung derselben fehlt. Die von Schulze (3) anfänglich geäußerte Ansicht, daß sich Asparagin deshalb anhäufe, weil es bei der Eiweißregeneration langsamer als andere Aminoverbindungen verbraucht werde, ist als unhaltbar von ihrem Autor selbst auf- gegeben worden. Wohl kommt aber nach den neuerdings durch Pria- NiscHNiKOFF (4) erwogcueu Gesichtspunkten die Möglichkeit hinzu, daß eine Asparaginsynthese in der Pflanze eintritt, wenn ein gewisser Über- schuß an Ammoniak, sei es von außen durch die Wurzel aufgenommen, sei es durch Desamidierungen in der Pflanze gebildet, vorhanden ist, und gleichzeitig genügend Kohlenstoffverbindungen zu derartigen Vorgängen zur Verfügung stehen. Wenigstens sah der genannte Forscher bei Hordeum und Cucurbita Asparaginanreicherung deutlich eintreten, sobald Ammoniak-N reichlich zur Verfügung stand. Übrigens haben 0. Loew und Suzuki schon früher an diese Möglichkeiten gedacht. Schulze (5) verdanken wir interessante Untersuchungen darüber, wie das Aminosäuregemisch in Keimpflanzen verschiedenen Alters beschaffen ist; dabei hat man allerdings zu bedenken, daß die seither erheblich ver- besserte Methodik namhafte Modifikationen an diesen Ergebnissen vorzu- nehmen hätte. Schulze und Castoro fanden in ungekeimten Samen nur geringe Mengen von Amino- und Diaminosäuren. An Arginin wurde in Lupinus luteus dennoch 0,36% gefunden. 6—7 Tage alte Vicia sativa ent- hielt im Freien erzogen: Tyrosin, Leucin, Histidin, Lysin, Arginin (0,23%), Asparagin (1,84%). Verdunkelte Pflanzen boten fast den gleichen Befund. 334 Wochen alte etiolierte Pflanzen enthielten kein Tyrosin, jedoch Phenyl- alanin, Aminovaleriansäure, Leucin, Histidin, Lysin und kein Arginin; ferner Guanidin, 12,4% Asparagin, Glutamin. 6— Vtägiges Pisum sativum etioliert enthielt: Tyrosin, Leucin, Phenylalanin, Histidin, Lysin und Ar- ginin. 6tägige Lupinus albus etioliert enthielten Asparagin, Leucin, Tyrosin, 0,3% Arginin, Histidin; 6tägige weiße Lupine im Freien: Tyrosin, Leucin, 1) E. Schulze, Botan. Ztg. (1879), p. 213. Landw. Jahrb., 9, 1 (1880). Biedermanns Zentr. (1880), p. 907. Journ. f. Landw., 52, 306 (1904). — 2) W. Pfeffer, Jahrb. wiss. Botan., 8, 548 (1872). — 3) E. Schulze, Landw. Jahrb., 7, 411 (1878); 9, 1 (1880). Ztsch. physiol. Cham., 22, 433 (1894). Ber. bot. Ges., 25, 213 (1907). — 4) D. Prianischnikoff u. J. Schulow, Ber. bot. Ges., 28, 263 (1910). Russ. Journ. f. exp. Landw., 13, Heft 6 (1912). Rev. g6n. Bot., 25, 5 (1913). — 5) E. Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 30, 241 (1900). Schulze u. N. Castoro, Ebenda, 38, 199 (1903). § 3. Die Abbanprodukte der RcBerveproteide bei der Keimung von Samen. 257 Aminovaleriansäure, Arginin, Lysin und Histidin. Im ganzen enthielten 2— Swöchentliche Keimlinge Leucin, viel Asparagin und kein Tyrosin. Die oft namhaften Differenzen des Aminosäurengemisches im Extrakte von Keimlingen verschiedener Pflanzen müssen dem Gesagten zufolge nicht von einer differenten Natur der Reserveproteide herrühren, sondern werden in ihrem Vorkommen auch von Verschiedenheiten der sich sekundär an- schließenden Vorgänge bestimmt, was möglicherweise für den Endeffekt besonders ausschlaggebend wirkt. Es ist demnach keineswegs nötig mit manchen Forschern (1) anzunehmen, daß die primäre Aufspaltung des Eiweißes nach total verschiedenen Richtungen verlaufen kann, und die einzelnen Produkte der Spaltung aus diesem Grunde nicht immer gleich ausfallen. Überdies lassen sich derartige Anschauungen mit den gut be- gründeten Hypothesen der Eiweißchemie nicht in Einklang britigen. Die einzelnen bisher in Keimlingen nachgewiesenen Aminosäuren sind folgende : 1. Phenylalanin. Wurde von Schulze und Baebieri(2) in den Achsenorganen, weniger in den Cotyledonen von Lupinus luteus (1881) zu- erst aufgefunden, späterhin auch in Lupinus albus (3), Glycine hispida (4), Vicia sativa (5), Phaseolus (6) und Cucurbitakeimlingen (7) von Schulze, und seinen Mitarbeitern konstatiert. Es handelt sich um das bei der Eiweiß- hydrolyse entstehende 1-Phenylalanin. Die Phenylalaninkupferverbindung hat 16,15% Cu; sie krystallisiert aus der Lösung von Phenylalanin mit Cu(0H)2 aus. Bei der trockenen Destillation entsteht Phenyläthylamin. Mit Chromsäuremischung erhitzt gibt Phenylalanin Benzaldehydgeruch (8). Nach Schulze liefern etiolierte Keimhnge der weißen Lupine mehr Phenylalanin als grüne Pflanzen. Die Mengen dieser Aminosäure sind stets nur gering gefunden worden; sehr kleine Quantitäten von Phenylalanin wurden wahrscheinlich oft übersehen. Über das weitere Schicksal des Phenylalanins in Keimpflanzen vergleiche weiter unten. 2. Dioxyphenylalanin wurde 1913 durch Guggenheim (9) aus den Fruchtschalen von Vicia faba isoliert, und ist offenbar identisch mit der durch ToRQUATi (1 0) aus derselben Pflanze gewonnenen aromatischen N-haltigen Substanz. Sonst ist sie in der Natur noch nicht gefunden, doch vielleicht nur übersehen oder verwechselt. Charakteristisch sind die Eisenreaktionen welche mit jenen des Brenzcatechins identisch sind: in schwach saurer 1 ) Vgl. W. Pfeffer, Pflanzenphysiologic, 2. Aufl., 1. 464(1897). Prianischnikow, Landw. Vers.stat., 46, 450 (1896) ließ es unentschieden, ob bei der Keimung echte Eiweißhydrolyse stattfindet. Eine eigentümliche Auffassung der sekundären Asparagin- bildung, für welche sich zwingende Gründe aber nicht geben lassen, hat 0. Loew (Jahresber. Agrik. Chem. (1889), p. 113; vgl. auch E. Schulze, Landw. Jahrb., 21, 105 (1892) geäußert. Wenig begründet sind ferner die Ansichten bei J. Stoklasa, Ztsch. physiol. Chem., 25, 398. — 2) E. Schulze u. Barbieri, Ber. chem. Ges., 14, 1785 (1881). Schulze, Landw. Jahrb., 22, 909 (1884); Schulze u. Barbieri, Journ. prakt. Chem., 27, 337 (1883) über Darstellung; Schulze, Ztsch. physiol. Chem., /i, 201 (1887). — 3) Schulze, Ebenda, 20, 306; 22, 422 (1896). Schulze u. N. Castoro, Ebenda, 38, 199 (1903); N. J. Wassilieff, Landw. Vser.stat., .55, 45 (1901). — 4) Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 12, 405 (1888). — 5) Schulze, Ebenda, /;, 208 (1892). Schulze u. Winterstein, Ebenda, 45, 38 (1905). — 6) A. Menozzi, Rend. Acc. Line. (1), 4, 149 (1888). — 7) Schulze, Ber. chem. Ges., 16, 1711 (1883). — 8) Über Phenylalanin noch Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 9, 85; Schulze u. Winterstein, Ebenda, 35, 307 (1902). E. Fischer, Ber. ehem. Ges., jj, 2385 (1900). SöRENSEN, Compt. rend. Carlsberg, 6, Heft 1 (1903). — 9) M. Guggen- heim, Ztsch. physiol. Chem., 88, 276 (1913). Verh. Naturf. Ges. 1913, II, i, 309. — 10) T. T0RQUATI, Chem.-Ztg., 37, 456 (1913). Arch. Farm. Sper., 15, 213, 308 (1913). Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. !<' 258 Neununddreißigstes Kapitel: Eiweißresorption bei der Samenkeimung usw. oder neutraler Lösung Grünfärbung, bei vorsichtigem Zufügen von Alkali violetter Farbenumschlag. Ferner starke Ag- Reduktion in der Kälte. Die OH Formel entspricht dem Schema Oh/ ^— CH2 • CHlNHs) • COOH. Es handelt sich um die 1-Modifikation. Da Dioxyphenylalanin noch nicht als Eiweißspaltungsprodukt bekannt ist, wird es um so wahrscheinlicher, daß die Verbindung sekundär aus Phenylalanin oder Tyrosin im Stoffwechsel durch Oxydation hervorgeht. 3. Tyrosin; von Gorup Besanez (1) zuerst aus Viciakeimlingen dargestellt. Es ist augenscheinlich in Keimlingen allgemein in variabler Menge vorhanden. Von Cucurbitakeimlingen (2), etiolierten und grünen Lupinus luteus (3) und Lupinus albus (4) wird es ausdrücklich angegeben; ferner ist sein Vorkommen bekannt von Dahlia variabilis, anscheinend in allen Teilen sehr reichlich (5), im Safte der Sambucusbeeren (6) und im Wiesenklee (7), wenn wir auch die Angaben bezüglich erwachsener Pflanzen hier kurz einschalten. Schulze und Barbieri erhielten aus 50—60 g trockener Kürbiskeimlinge entsprechend 1 kg Frischsubstanz, 0,15 g Tyrosin. Die auffällig verschieden lautenden Angaben von Schulze, Belzung, Bertel (8) über gefundene Tyrosinquantitäten dürften vielleicht in dem raschen Übergange des Tyrosins in stickstoffreie Oxydationsprodukte reduzierender Natur verständlicher werden, zumal bisher nicht darauf geachtet worden ist, bestimmte Kulturbedingungen genau einzuhalten und anzugeben. Tyrosin ist leicht zu erkennen und aufzufinden. Es fällt aus dem wässerigen Decoct des Materiales beim Erkalten zum großen Teile aus, und kann nach Hofmeister (9) aus ammoniakalischem Weingeist leicht in schönen charakteristischen Nadelgarben erhalten werden. Es gibt ferner die MiLLONsche Reaktion, mit der die von Hoffmann und L. Meyer angegebene Probe wesentlich zusammenfällt. 4. Valin wurde durch Schulze (10) in Lupinus luteus aufgefunden später von Menozzi (11) in Phaseolus, durch Schulze (12) in Vicia, Lupinus albus und angustifolius. In Cucurbita konnte der letztgenannte Forscher kein Valin nachweisen (13). Die Valinkupf er Verbindung scheidet sich nicht wie die analoge Leucinverbindung beim Erhitzen mit Kupferacetat aus, 1) Gorup Besanez, Ber. ehem. Ges., 10, 781 (1877). — 2) Schulze u. Barbieri, Ebenda, jj, 710, 1233 (1878); Landw. Jahrb., 7. 431. — 3) E. Schulze, Ber. ehem. Ges., 12, 1924 (1879). Journ. prakt. Chem., 27, 337 (1883). Landw. Jahrb., 12, 909 (1884). F. Meunier, Ann. agron., 6, 275 (1880). — 4) Wassilieff, Landw. Vers.stat., 55, 45 (1901). E. Schulze, Ztsch. physiol. Chem., jo, 277; Ber. bot. Ges., 2j, 65 (1903). Schulze u. Castoro, 1. c. Bertel, 1. c. — 5) J. Borodin, Botan. Ztg. (1882), p. 690. — 6) Tollens, Verh. Naturf. Vers. Hamburg (1901), II, J, 165; Sack u. Tollens, Ber. chem. Ges., 37, 4115 (1904). — 7) Orloff, Chem. Zentr. (1897), I, 1234. — 8) Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 20, 306 (1894). Schulze u. Castoro, Ebenda, /5, 387, 396 (1906); E. Belzung, Ann. Sei. Nat. (7), J5, 203 (1892). R. Bertel, 1. c. Umsetzung von Tyrosin im Tierkörper: H. D. Dakin, Journ. biol. Chem., 8, 11 u. 26 (1910). — 9) F. Hofmeister, Lieb. Ann., 189, 16; Eigenschaften des Tyrosins aus Keimlingen auch Schulze u. Winterstein, Ztsch. physiol. Chem., 35, 308 (1902); Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 2, 510 (1910). Colorimetrische Bestimmung: M. Weiss, Biochem. Ztsch., 97, 170 (1919). — 10) E. Schulze, Landw. Jahrb., 12, 909 (1884). Schulze u. Barbieri, Joui-n. prakt. Chem., 27, 337 (1883). Schulze u. Winterstein, 1. c, p. 300 u. 312. — 11) A. Menozzi, Ber. chem. Ges., 21, 619 (1888). — 12) Schulze, Ztsch. physioL Chem., 17, 193, 208; ebenda, 20, 306 (1894); 22, 423 (1896); 45. 38 (1905); Schulze u. Castoro, 1. c. Wassilieff, 1. c. Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 22, 411 (1896). — 13) Schulze, Ebenda, 12, 406 (1888). § 3. Die Abbaaprodukte der Reserveproteide bei der Keimung von Samen. 259 sondern nur aus konzentrierten Lösungen der Aminosäure beim Sättigen mit Cu(OH)jj. Ihr Cu-Gehalt ist 21,41%. Die Aminovaleriansäure aus Keimlingen ist identisch mit Isovaleriansäure. Es handelt sich immer nur um sehr geringe Mengen; etiolierte Lupinen enthalten nach Schulze und Castoro mehr davon als grüne Keimpflänzchen. 5. Isoleucin wurde durch Schulze aus Keimhngen von Vicia sativa dargestellt (1). 6. Leucin wurde in nicht unerheblicher Menge zuerst von Gorup Besanez (2) in Wickenkeimlingen gefunden, während es dem ruhenden Viciasamen fehlt. Dieser Forscher zeigte auch die Identität von Leucin mit dem „Chenopodin" von Reinsch (3). In Vicia wurde das Leucin in der Folge von zahlreichen Forschern gefunden (4), sowohl in grünen, wie in etio Herten Keimpflanzen. In den letzteren sammelt es sich so stark an, daß Schulze (5) aus 6 Wochen alten Pflänzchen nur Leucin isolieren konnte. Auch Lupinus luteus kann sehr leucinreich werden (6). Ebenso liefert Lupinus albus Leucin, wie Cucurbita, Phaseolus, Ranunculus aquatilis (7). Nach Mercadante (8) ist bei keimenden Gramineen Leucin nicht nachzu- weisen. In erwachsenen Paspalumblättern fand hingegen Borodin (9) Leucin. Über Erkennung von Leucin vgl. p. 38 (1 0) und weiter unten sub ,, Methodisches". 7. Tryptophan finde ich bisher von Keimlingen nur durch Schulze und Winterstein (11) aus Lupinus albus angegeben. Jedoch ist hier auch auf den interessanten Befund von van Romburgh (12) hinzuweisen, daß die in den Samen von Erythrina hypaphorus Boerl. nachgewiesene Base Hypaphorin identisch ist mit einem betainartigen Derivate von Tryptophan. Dem Hypaphorin C14H18O2N2 ist somit folgende Strukturformel zuzuteilen: j ,— |C . CH . GH . CO l i\ JcH.(CH)N • 6 NH 8. Prolin. Hier ist nur die Angabe von Schulze und Winterstein vorhanden, daß diese Aminosäure sehr wahrscheinlich in Keimlingen von Lupinus albus vorkommt. 9. Asparaginsäure wurde durch Mercadante (13) aus Phaseolus, aus Cucurbita durch Schulze und Barbieri (14) angegeben; es Hegt nahe 1) E. Schulze u. Winterstein, Ztsch. physiol. Chem., 45, 38 (1905). — 2) E. V. Gorup Besanez, Ber. chem. Ges., 7, 146 u. 569 (1874). — 3) Reinsch, Neu. Jahrb. Pharm., 20, 268; 21, 123; 23, 73; 27, 193. — 4) C. Cossa, Ber. chem. Ges., 8, 1357 (1875). Schulze, Chem. Zentr. (1896), I, 113; Schulze u. Barbieri, Journ. prakt. Chem., 20, 385; Landw. Vers.stat., 24, 167. Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 16, 193 (1892). Schulze u. Winterstein, Ebenda, 45, 38 (1905). — 5) E. Schulze, Laudw. Vers.stat., 46, 383. Prianischnikow, Ebenda, 45, 247. — 6) Schulze, Ber. chem. Ges., 12, 1924 (1879); Landw. Jahrb., 12, 909 (1884). Journ. prakt. Chem., 27, 337 (1883). Ztsch, physiol. Chem., 22, 411 (1896). — 7) Schulze, Ebenda, 20, 306 (1894). Belzung, 1. c. Schulze u. Castoro, 1. c. Wassilieff, 1. c. ; über Lup. angustifolius Ztsch. physiol. Chem., 22, 411 (1896). Cucurbita: Schulze u. Barbieri, Ber. chem, Ges., 11, 710 u. 1233 (1878). Phaseolus: A. Menozzi, 1. c. Ranunc. aquatilis: J. B. Schnetzler, Justs Jahresber. (1888), I, 13. — 8) A. Mercadante, Ber. chem. Ges., 9, 581 (1876). — 9) Borodin, Justs Jahresber. (1885), I, 121. — 10) Mikrochemisches: H. Molisch, Mikrochemie d. Pfl., Jena 1913, p. 103. — 11) E. Schulze u. Winterstein, Ztsch. physiol. Chem., 45, 38 (1905). — 12) P. VAN Romburgh, Kgl. Ak. Amsterdam, 19, 1250 (1911). Romburgh u. Geo. Barger, Journ. Chem. Soc, 99, 2068 (1911). — 13) A. Merca- dante, Ber. chem. Ges., 8, 823 (1876). — 14) Schulze u. Barbieri, Ebenda, 11, 710 (1878). 17* 260 Neununddreißigstes Kapitel: Eiweißresorption bei der Samenkeimung usw. daß sie hier aus dem so verbreiteten und massenhaft vorkommenden Asparagin entstanden ist, aus dem sie ja schon beim Kochen mit Wasser hervorgeht. Das Asparagin, welches wohl auch im Eiweißmolekül die derAspara- ginsäure des Hydrolysengemisches zugrundeliegende Substanz ist, ist das Amid der Aminobernsteinsäure HgN • CO • CHNHg • CHg • COOK. Die ersten Angaben von Delaville und Robiquet(I) beziehen sich auf sein Vorkommen in Asparagus- Schößlingen, das ihm den Kamen verliehen hat. In Keimlingen fand es zuerst Dessaignes und Chautard (2) bei Papi- lionaceen, Lermer b^i Hordeum. Pasteur (3), ferner Boussingault (4) und CossA (5) konstatierten seine massenhafte Ansammlung in verdunkelten Keimlingen, eine Erscheinung, welche Pfeffer (6) in ihren wesentlichen Zügen aufgeklärt hat. Piria (7) gewann aus Vicia 1,5%, aus Faba 1,4% Asparagin, Dessaignes aus 1 1 Wickensaft bis 40 g, aus 1 1 Bohnensaft 14 g; Pasteur aus 1 1 Wickensaft 5—6 g Asparagin. Beyer (8) fand in der Trockensubstanz des Hypocotyls von Vicia 10,5%, der Wurzel 10,6%, bei weiter entwickelten Pflanzen etwa 3,4% Asparagin; Boussingault in 20tägigen etiolierten Phaseoluskeimlingen 2,4% Asparagin. Schulze und Umlauft (9), wie viele andere neuere Untersucher geben oft viel höhere Werte an. Für Lupinus luteus konstatierten diese Autoren in 10—12 cm langen etiolierten Keimlingen 2o% der Trockensubstanz an Asparagin. Überhaupt ist bei den Leguminosen, selbst in grünen Pflanzen, die Asparagin- anhäufung am größten, so daß man nach Prianischnikow noch aus blühender Vicia Asparagin darstellen kann. Auch aus Lupinus albus gewinnt man nach Schulze (1 0) sehr viel Asparagin. Offenbar hängt dies mit dem relativ be- deutenden Eiweißgehalte der Leguminosensamen zusammen. Wenig As- paragin liefern Cerealien, Papaver, Tropaeolum, Coniferenkeimlinge, Cucur- bita oder Helianthus (11). Im Embryo des ruhenden Weizenkorns fand Frankfurt (1 2) eine geringe Menge Asparagin. Süße Mandeln enthalten nach Portes (13) 0,4% Asparagin. Von Malzkeimen gab Meissl (14) 2,66% Asparagin an. Manche Pflanzen scheinen übrigens nicht immer die gleiche Menge Asparagin zu speichern; Frankfurt beobachtete, daß Helianthus- keimlinge manchmal nur Asparagin, manchmal nur Glutamin enthalten (15). Zur Illustration des Fortganges der Asparaginbildung während der Keimung folgende Daten. Sachsse (16) fand bei Pisum in Prozenten der ursprünglich angewendeten trockenen Samenmenge: nach Verdunkelte Pflanzen . . . Belichtete Pflanzen .... 6 10 15 24 Tagen 0,46 0,92 2,68 7,04 (Cotyledonen gefault) 0,69 1,3S 2,50 6,94 1) Delaville, Ann. de Chira., 41, 298 (1802). Robiquet jun., Ebenda, 55, 152 (1805). Vauquelin u. Robiquet, Ebenda, sy, 88 (1805). — 2) Dessaignes u. Chautard, Journ. Pharm. (3), 13, 245. — 3) Pasteur, Ann. Chim et Phys. (3j, 31, 70 (1851); 34, 30; 38, 457. — 4) Boussingault, Compt. rend,, 58, 881 u. 917. — 5) C0SS4, Landw. Vers.stat., 15, 182 (1872). — 6) \V. Pfeffer, Jahrb. wiss. Bot., 8, 530 (1872). Mon. Ber. Ak. (1873), 780. — 7) R. Piria, Ann. Chim. et Phys. (3), 22, 160 (1848). — 8) A. Beyer, Landw. Vers.stat., 9, 168. — 9) E. Schulze u. W. Umlauft, Ebenda, 18, 1,(1875). — 10) E. Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 22, 411 (1896). Wassilieff, 1. c. Schulze u. Castoro, 1. c. — 11) Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 24, 18 (1897). Detmer, Physiol. d. Keimung, p. 164. Ver- breitung: A. Stieger, Ztsch. physiol. Chem., 86, 245 (1913); Darstellung: Schulze u. Winterstein, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., II, 510 (1910). — 12) S. Frankfurt, Landw. Vers.stat., 47, 446. — 13) L. Portes, Ann. Chim. et Phys. (5), 10, 430; Corapt. rend. (1877), p. 389. Justs Jahresber. (1876), II, 869; (1877), 610 u. 1713. — 14) Meissl, Biederm. Zentr. (1877), II, 69. — 15) E. Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 20, 306 (1894). — 16) R. Sachsse u. W. Kormann, Landw. Vers.stat., 17, 88 (1874). § 3. Die Abbauprodukte der Keserveproteide bei der Keimung von Samen. 261 In den Versuchen Schulzes (1) an Lupinus luteus stieg die Asparagin- menge nach Stägiger Keimung auf 9,78% der Trockensubstanz der reifen Samen, nach 13 Tagen auf 18,22%. Prianischnikow fand bei Vicia sativa nach 20 Tagen 7,86%, nach 40 Tagen 9 92% Asparagin. In Glycine hispida erreichte die Asparaginmenge nach 2 — Swöchenthcher Vegetation im Dunklen 7—8% der Trockensubstanz (2). Schulze, Umlauft und Urich (3) fanden bei Lupinen, deren reife Samen 45 % Eiweiß enthielten, nach 8tägiger Keimung im Dunklen nur mehr 8 %. Mehr als 60 % des Gesamt-N war als Asparagin zugegen, dessen Menge bis zu 25% der Trockensubstanz anstieg. In späteren Versuchen gab Schulze (4) folgende Zahlen für den Gang der Asparaginspeicherung mit zunehmendem Alter der Keimpflanzen: Asparagingehalt 4 7 10 12 15 16 tägige Keimlinge in Proz. der Trockensubstanz der Keimlinge .... 3,3 11,2 17,3 22,3 25,0 25,7 in Proz. der Trockensubstanz des Samens 3,12 9,78 15,24 18,22 19.43 Erst nach mehreren Wochen sank der Asparagingehalt. Merca- dante (5) erhielt aus 2 kg Samen von Phaseolus während der Keimung im Dunklen, als die Schaftlänge 8, 10 und 25 cm betrug, folgende Ausbeuten: Asparagin Asparaginsäure Bernsteins Schaftlänge 8 cm 10 „ 25 „ 3,57i 2,46 2,15 Spur 0,53 0,75 Spur 0,62 Bemerkt sei, daß Cossa (6) in etiolierter Vicia sativa (50 cm lang) schließlich kein Asparagin mehr fand, sondern nur Bernsteinsäure und Äpfelsäure. Über den Zerfall des Asparagins bei der Autolyse von Keim- lingen vgl. die Angaben von Kiesel (7). Es würde sich um eine reduktive Desamidierung durch Enzyme handeln. Schulze (8) fand Lupinenkeim- linge am aspara ginreichsten (28,7%), wenn dieselben erst lOTage im Dunklen, dann einige Wochen bei beschränktem Lichtzutritt vegetiert hatten. Für verschiedene Objekte fand endlich Meunier (9) folgende Werte: Asparagin nach 9 12 13 17 18 20 34 38 42 Tagen In Pisum: Dunkel . . . 0,48 0,59 _ — — 2,69 _ — 1,22 Licht . . . 0,35 0,56 — — — 2,58 — — Spur Phaseol. multiflor. : Dunkel — _ 1,13 — 2,28 — — 5,18 — Licht . — _ 1,18 — 2,25 — — 1,41 — Lupin. luteus: Dunkel . — 4,53 — — 9,69 — 17,5 — — Licht . . — 4,38 — — 9,51 — 17,1 — — Vicia faba: Dunkel . . — 1,53 3,25 — — — — — Licht . . . — 1,49 — 2,91 — — — — — Es ist anzunehmen, daß die Ansammlung von Asparagin von bestimmten Entwicklungsstadien der Keimung an hauptsächlich in den Achsenteilen Platz greift. So fand Schulze (10) bei lltägigen Lupinen in denAchsen- 1) Schulze, Landw. Jahrb., 5, 848 (1876). — 2) Schulze, Ebenda, 9, 689; Ztsch. physiol. Chem., 12, 405 (1888). — 3) E. Schulze, Umlauft u. Urioh, Ber. chem. Ges., 9, 1314 (1876). — 4) Schulze, Ebenda, 11, 620 (1878); Landw. Jahrb. (1878), 411. — 5) Mercadante, Ber. chem. Ges., 8, 823 (1875). — 6) C. Cossa, Ebenda, 8, 1367 (1876). — 7) A. Kiesel, Ztsch. physiol. Chem., 60, 460 (1909). — 8) E. Schulze u. Barbieri, Journ. prakt. Chem., 27, 337 (1883). — 9) F. Meunier, Justs Jahresber. (1880), I, 381. — 10) E. Schulze, Landw. Jahrb. (1878), 1. c. Beyer, 1. c. 262 Neununddreißigstes Kapitel: Eiweißresorption bei der Samenkeimung usw. Organen 31,81%, in den Cotyledonen nur 7,62% der Trockensubstanz an Asparagin. Auch Prianischnikow (1 ) fand bei Faba und Vicia sativa in den Cotyledonen bedeutend weniger Asparagin als in den Achsenteilen. Ferner bildet bei den Achsenteilen der im Asparagin enthaltene N einen weitaus größeren Anteil vom Gesamt-N als bei den Cotyledonen. Das Asparagin, über dessen chemische Eigenschaften wir bereits aus älterer Zeit eine Monographie von Plisson und Henry (2) besitzen, ist ein viel studierter und chemisch sehr interessanter Stoff, der schon aus ein- geengtem Wasserextrakt von Keimlingen mühelos in großen Krystallen leicht zugänglich ist und daraus rein erhalten werden kann. Von Schulze (3) wurde neben der KrystalUsiermethode noch die Fällbarkeit mit Mercuri- nitrat als Mittel zur Isolierung des Asparagins angegeben und verwendet. Ein viel benutztes Hilfsmittel, um das Asparagin besonders in Geweben und Schnitten nachzuweisen, ist das Einlegen der letzteren in starken Alkohol, wodurch es in den Zellen reichlich auskrystallisiert (4). Nach MouLiN (5) gibt Asparaginlösung, mit Resorcin und H2SO4 erwärmt, eine gelbgrüne Färbung; das Reaktionsgemisch zeigt nach Ver- dünnen mit Wasser und Zufügen von Soda Fluoreszenz. Zur Asparagin- bestimmung hat man sich der von Sachsse und Kormann angegebenen Methode der Zersetzung mit HNOg bedient, sowie der Ammoniakentwicklung beim Erwärmen mit starker Alkalilauge (Meunier). Asparagin ist im Gegen- satze zur Bernsteinsäure als Substanz mit einem assymetrischen Kohlen- NHa^^/CH .CONH2 Stoffatom: C ein racemischer Stoff Die beiden H/ \COOH optisch aktiven Modifikationen sind nach Piutti (6) in ViciakeimUngen gleichzeitig vorhanden, doch besteht die Hauptmenge aus der linksdrehenden Komponente. Es bedarf allerdings noch der Untersuchung, ob nicht, wie es wahrscheinlich ist, d-Asparagin bei der Präparation durch Racemisierung entsteht (7). Der Theorie gemäß ist die eine Form, wie bei der Traubensäure, linkshemiedrisch, die andere rechtshemiedrisch und man kann beide durch Auslesen der Krystalle trennen. d-Asparagin ist in kaltem Wasser etwas besser löslich als 1-Asparagin und schmeckt im Gegensatze zu dem fade- schmeckenden 1-Asparagin süß. Pasteur hat hieran die Bemerkung ge- knüpft, daß sich die Geschmacksnervensubstanz wie ein optischaktiver Stoff zu den beiden Asparaginen verhält, und deswegen mit ihnen verschieden reagiert. Piutti wandelte die beiden Asparagine über den Weg der Bildung von inaktiver Asparaginsäure ineinander gegenseitig um, und Walden (8) erreichte dies durch Vermittlung der Halogenbernsteinsäure. Durch die verschiedensten hydrolytisch wirkenden Einflüsse, schon durch Kochen mit Wasser, sehr leicht bei höherem Druck, wird das As- paragin unter Ammoniakabspaltung verseift (9). Jolles(10) hat angegeben, 1) D. Prianischnikow, Landw. Vers.stat., 45, 62; Ber. bot. Ges., 22, 35 (1904). — 2) Plisson u. Henry f., Ann. Chim. et Phys. (2), 45, 304 (1830). PiRiA, 1, c. Dessaignes, Journ. prakt. Chem., 50, 289 (1850). — 3) Schulze, Ber. chem. Ges., 15, 2855 (1882). — 4) Pfeffer, 1. c. Borodin, Botan. Ztg. (1882), p. 589; (1878), p. 805. Zimmermann, Botan. Mikrotechn., p. 80. H. Molisch, Mikrochem. d. Pfl., Jena 1918, p. 103. — 5) L. Moulin, Journ. Pharm, et Chim. (6), 3, 543 (1896). Saccharin gibt diese Reaktion ebenfalls. — 6) A. Piutti, Gazz. chim. ital., 17, 126 (1887); Ber. chem. Ges., 19, 1691 (1886); 20, Ref. 510 (1887). Compt. rend., 103, 134 (1886). Chem. Zentr. (1887), p. 510; (1888), II, 1529. — 7) Hierzu: H. Pringsheim, Ztsch, phj'siol. Chem., 65, 89 (1910). F. Ehrlich u. F. Lange, Biochem. Ztsch., 54, 266 (1913). — 8) P. Walden, Ber. chem. Ges., 28, 2766 (1895). — 9) Vgl. Schulze, Landw. Vers.stat., 29, 233; Ber. chem. Ges., 16, 1872 (1883). — 10) A. Jolles, Ebenda, 34, 386 (1901); Pflüg. Arch., 84, 446(1901), § 3. Die Abbauprodukte der Reserveproteide bei der Keimung von Samen. 263 daß bei der Oxydation mit KMn04 in saurer Lösung eine Hälfte des N als NH3, die andere Hälfte als Harnstoff abgespalten wird, ein jedenfalls nicht leicht verständliches Verhalten. 10. Glutaminsäure, das nächst höhere Homologon der Asparagin- säure, wurde von Gorup Besanez (1 ) zuerst im Safte von Wickenkeimlingen aufgefunden. Sie ist hier offenbar entstanden aus ihrem Amid, dem Glut- amin, H2NCO . CH2 . CH2 . CHNH2 . COOH. Das Glutamin wurde durch Schulze und BXrbieri (2) in Cucurbitakeimlingen entdeckt. Sabanin und Laskowsky (3) hatten bei ihrer chemischen Untersuchung der Keimungsgeschichte von Cucurbita die Natur dieses Amides noch nicht erkannt. In ruhenden Kürbissamen fehlt Glutamin. Schulze (4) fand dann Glutamin in Lupinus luteus, später in Keimlingen von Helianthus, Ricinus, Picea excelsa und einer Reihe von Cruciferen. Bei den letzteren, wie bei den Caryophyllaceen, tritt es vicariierend für Asparagin auf, und in ähnlicher Menge wie dieses. Auch bei Farnen wurde Glutamin nachgewiesen, end- lich in Beta und Spinacia (5). In der Regel geht die Neigung zur Anhäufung von Glutamin in Keimlingen der Samen und beim Austreiben der unter- irdischen Speicherorgane derselben Pflanze parallel. 16tägige Cucurbita- pflanzen lieferten Schulze und Barbieri 1,74% der Trockensubstanz an Glutamin. Besonders die Achsenorgane waren reich daran; Picea ergab bis 2,5% an Glutamin (6). Nach Frankfurt (7) liefern etiolierte Helianthuskeimpflanzen bald mehr Glutamin, bald mehr Asparagin. Auch sah Schulze (8) in manchen Cucurbitakulturen statt Glutamin mitunter mehr Asparagin als gewöhnlich auftreten. FichtenkeimUnge sollen nach Schulze (9) im Zimmer wenig Glutamin und mehr Asparagin formieren, während in Freilandkulturen nur Glutamin gefunden wurde. Zur Isolierung von Glutamin extrahierte Schulze die Keimlinge mit einem Gemisch aus gleichen Teilen Alkohol und Wasser, und das Extrakt wurde nach Abdunsten des Alkohols mit Bleiessig gefällt. Das Filtrat von dieser Fällung wurde mehrere Stunden mit HCl gekocht, um die Glutamin- säure durch Verseifung zu isolieren, oder mit einer nicht zu sauren Mercuri- nitratlösung gefällt, und das Glutamin aus diesem Niederschlage gewonnen(1 0). In seinen Eigenschaften ist Glutamin dem Asparagin sehr ähnlich. Die Cu- Verbindung enthält nach Schulze (11) 17,9% Cu und 15,9% N. Glut- amin bildet eine Verbindung mit Weinsäure (12). Zur quantitativen Glutamin- bestimmung bedient man sich wie beim Asparagin der von Sachsse (1 3) 1) v. Gorup Besanez, Sitz.ber. phys.med. Soc. Erlangen, 3. Heft, p. 125 (1877). Ber. ehem. Ges., 10, 780 (1877). K. Andrlik, Ztsch. Zuck.ind. Böhm., 28, 327 (1904). — 2) Schulze u. Barbieri, Ber. ehem. Ges., 10, 199 (1877); //, 712 (1878). Journ. prakt. Chem., 20, 38Ö (1879); 32, 433 (1885). Landw. Jahrb., 6, 681 (1877); 12, 909 (1884). — 3) A. Sabanin u. N. Laskovsky, Landw. Vers.stat, 8, 405 (1875). — 4) Schulze, Landw. Jahrb., 7, 431 (1878). — 5) Schulze, Landw. Vers.stat, 47, 33 (1896); 49, 442 (1898). Ztseh. physiol. Chem., 20, 327 (1894). Verbreitung: A. Stieger, Ebenda, 86, 245 (1913). Sekundäre Natur der Entstehung: E. Schulze, Ber. bot. Ges., 25, 213 (1907). — 6) Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 2^, 18 (1897). — 7) S. Frankfurt, Landw. Vers.stat., 43, 145. — 8) E. Schulze, Ztsch. physiol. ehem., 20, 306 (1894). — 9) Schulze, Ebenda, 22, 411, 414 (1896). — 10) Vgl. Schulze, Ztsch. analyt. Chem., 22, 325 (1883). Schulze u. Barbieri, 1. c. (1877). Schulze u. Winterstein, Abderhaldens Handb. bioehem. Arb.meth., 2, 610 (1910). — 11) Schulze, Ber. chem. Ges., 29, 1882 (1896). Über die Eigenschaften des Glutamins ferner Bosshard, Diss. Zürich (1883); Schulze u. Bosshard, Ber. chem. Ges., j6, 312 (1883). Optische Drehung: E. Schulze, Landw. Vers.stat., 65, 237 (1906); 77, 1 (1912). — 12) E. Schulze u. Ch. Godet, Ebenda (1907), p. 313. — 13) R. Sachsse, Ebenda, 16, 61 (1873); Sachsse u. Kormann, Ebenda, 17, 88 264 Neununddreißigstes Kapitel: Eiweißresorption bei der Samenkeimung usw. eingeführten azotometrischen Methode oder der Bestimmung des Amid-N. Nach Schulze (1 ) zerlegt man das Amid durch zweistündiges Kochen mit 7^—10 volumprozentiger HCl oder 2—2,5% H2SO4 und bestimmt das NH3 nach der Methode von Schloesing oder mittels Destillation mit Magnesia. Die bei der Eiweißhydrolyse erhältlichen Diaminosäuren sind als Stoffwechselprodukte bei der Keimung sämtlich nachgewiesen. Arginin wurde 1886 durch Schulze und Steiger (2) als eine für die Chemie überhaupt neue Substanz in Lupinenkeimlingen entdeckt. Diese Forscher versetzten das Wasserextrakt aus den Keimlingen mit Bleiessig, fällten das Filtrat von diesem Niederschlage mit Mercurinitrat und ge- wannen durch Zerlegen des Hg- Niederschlages eine Fraktion, in der zu- erst Asparagin und dessen Mutterlauge Argininnitrat durch Krystalhsation ausgeschieden wurde. Durch seine Löslichkeit in heißem verdünnten Alkohol ist Arginin von Asparagin leicht zu trennen. Später wendete Schulze die Phosphorwolframsäurefällung zur Isolierung des Arginins an (3). Lu- pinen lieferten 3—4% Arginin, Cucurbita etwas weniger (4). In der Folge gewann Schulze (5) aus der Trockensubstanz der Cotyledonen 14tägiger Lupinenkeimpflanzen mehr als 4,22 % Arginin. Auch aus Glycine hispida wurde Arginin halten (6). Sehr viel Arginin entdeckte Schulze (7) so- dann in Coniferenkeimlingen, wo es unter den Aminosäuren dominiert. Es enthielten zweiwöchentliche etiolierte Keimhnge: von Abies pectinata 4,04 % Gesamt-N 2,98 % Eiweiß-N 0,87 % Diamino-N Picea excelsa 5,73 % „ 3,13 % „ 1,68 % Vom Gesamtstickstoff enthielten: Grüne Tannenkeiralinge . 73,8 % Eiweiß-N 21,5 % Diamino-N 4,7 % anderer N Etiolierte Fichtenkeimlinge 54,6 % ,, 29,3 % „ 16,1 % Fichten im Freiland . . 64,4 % „ 14,9 % „ 20,7 % Dies entspricht dem hohen Gehalte des Fichtensamenproteins an Diamino-N (40%), sowie der Tatsache, daß das Reserveproteid der Fichte nach Rongger(8) 10,3%) Arginin iDei der Hydrolyse liefert. Suzuki (9) fand viel Arginin in etiolierten Keimlingen von Cryptomeria und Pinus, während Gingko- Keimlinge nur wenig Arginin enthielten. Übrigens spielt das Arginin eine ähnliche Rolle im Eiweißumsätze in den Coniferen-Laubtrieben. In kleineren Mengen ist Arginin in allen Keimpflanzen gefunden worden, wo immer man danach suchte: Lupinus albus (10), Vicia sativa (11) u. a. Bei Lupinus luteus hat Schulze (1 2) den Arginingehalt der Keimlinge in ver- (1874). Sachsse u. Brumme, Journ. prakt. Chem., 6, 118; Sachsse, Chemie u. Physiol. d. Farbstoffe, Kohlenhydrate usw. (1876). 1) E. Schulze, Journ. prakt. Chem., 31, 233 (1885). Schulze u. Bosshard, Landw Vers.stat., 29, 399. Ber. chem. Ges., 17, 56 (1884). — 2) E. Schulze u. E. Steiger, Ebenda, 19, 1177 (1886). — 3) Methodisches: E. Schulze u. Winter- stein, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 2, 510 (1910). — 4) Schulze u. Steiger, Ztsch. physiol. Chem., 11, 43 (1887). — 5) Schulze, Ber. chem. Ges., 24, 1098 (1891); Landw. Jahrb., 21, 105 (1892). — 6) Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 12, 405 (1888). — 7) Schulze, Ebenda, 22, 435 (1896). — 8) Rongger, Landw. Ver3.stat., 51, 107 (1899). — 9) Suzuki, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 4, 1 u. 25 (1900). — 10) Wassilieff, 1. c. ; Schulze u. Castoro, 1. c. ; Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 47, 607 (1906). — 11) Schulze, Ber. chem. Ges., 25, 658 (1892). Ztsch. physiol. Chem., 17, 193 (1892). Landw. Vers.stat., 46, 383 (1896); Ztsch. physiol. Chem., 50, 241; Ber. bot. Ges., 21, 66 (1903); Verbreitung: A. Stieger, Ztsch. physiol. Chem., 86, 245 (1913); Trifolium: A. Kiesel, Ebenda, 49, 72 (1906). — 12) E. Schulze, Ber. bot. Ges., 22, 381 (1904). § 3. Die Abbauprodukte der Reserveproteide bei der Keimung von Samen. 265 schiedenou Entwicklungsstadien quantitativ bestimmt. Es betrug der Arginingehalt bei 2— Stägigen Pflanzen 1,24% der Trockensubstanz, bei 3-4tägigen 1,56-1,74%, bei 6tägigen 2,35%, bei 11 tägigen 3,23%, bei 15-16tägigen 3,78%, bei 19-20tägigen 3,84% in Dunkelkultur Schulzes weitere Zahlen zeigen, daß die Argininbildung und der Eiweißverlust etwa in gleichem Schritte gehen. Auf 100 Teile Eiweißverlust kamen etwa 6,44 Teile gebildetes Arginin. Nach den Autolysenversuchen von Schulze und Castoro (1) dürfte das Keimlingsarginin wenigstens bei Lupinus ein pri- märes Eiweißspaltungsprodukt sein. In Vicia sativa wurde durch Schulze ^2) Guanidin nachgewiesen, von dem es naheliegt, daß seine Entstehung mit dem Arginin zusammen- hängt. Der Befund von Kutscher und Otori (3), daß Guanidin unter den Produkten der tierischen Pankreasautolyse auftritt, ließ an einen fermen- tativen Abspaltungsprozeß bei der Guanidinbildung denken. Doch führt, wie die Untersuchungen von Kiesel (4) über den fermentativen Arginin- abbau in der Pflanze gezeigt haben, der Weg gewöhnlich nicht über die Abspaltung von Guanidin, sondern über die Spaltung des Arginins in Harn- stoff und Ornithin. Auch Agmatin wird nicht formiert. Hingegen ist es FOSSE (5) gelungen, in weiter Verbreitung die Gegenwart von Harnstoff in Keimlingen zu zeigen. Bei Pisum betrug die Ausbeute 0,64 % der Trocken- substanz. Der Embryo enthielt am meisten Harnstoff im ruhenden Samen oder in den ersten Keimungsstadien, die Cotyledonen nur wenig oder gar keinen Harnstoff. Ruhende Samen von Lupinus albus und von Phaseolus waren nicht harnstoffhaltig, während Harnstoff bei Pisum, Zea und Triticum auch im ruhenden Samen gefunden wurde. Über die Keimlings-Arginase wären noch Untersuchungen anzustellen. Die Bernsteinsäure, welche Schulze und Castoro aus manchen Keimlingen gewannen, kann ebensowohl aus Asparagin durch Reduktion, wie aus Arginin durch Oxydation gebildet sein. Lysin und Histidin gewann Schulze (6) aus den Cotyledonen 2— 3 wöchentlicher etiolierter Lupinenkeimlinge, und isoherte diese Stoffe nach den Methoden von Kossel (vgl. p. 46). 560 g lufttrockene Cotyledonen lieferten etwa 45 g Argininnitrat, 2,5 g Histidinchlorid und 1 g Lysinpikrat. Auch Lupinus albus (7) sowie die Coniferenkeimlinge ergaben beide Basen. Wir haben sodann jener Stoffe zu gedenken, welche, aus dem Nuclein- stoifwechsel stammend, sich in der Keimung bilden. Salomon { 8) kon- statierte zuerst Xanthin und Hypoxanthin im Safte von Keimlingen der gelben Lupine zu 0,2%; beide Purinbasen lassen sich auch aus Malzkeimen leicht darstellen. Schulze (9) fand sie in Lupinenkeimlingen, ebenso in Vicia sativa, Cucurbita (10), Mlnozzi(11) ferner in Phaseolus. Zweifellos hängen beide Purinbasen genetisch auch hier mit den Guanin- und Adenin- 1) E. Schulze u. N. Castoro, Ztsch. physiol. Chcm., 43, f'O (1904). — 2) Schulze, Ben ehem. Ges., 25, 658 (1892). Ztsch. physiol. Cht'm., /;, 193 (1892). Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., II, 526 (1910); P. Rona, Abderhaldens biochem. Handlex., 4, 783 (1911). — 3) Fr. Kutscher u. Otori, Zentr. Physiol. (1904), p. 248. — 4) A. Kiesel, Ztsch. physiol. Chera., 75, 169 (1911); 60, 460 (1909). Wl. Butkewitsch, Ebenda, 63, 103 (1909). — 5) R. Fosse, Corapt. rend., 156, 567 u. 1938 (1913). — 6) Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 28, 465 (1899). — 7) Schulze, Ebenda, 47, 507 (1906). — 8) G. Salomon, Arch. f. Physiol. (1881), p. 166 u. 361; Justf; Jahresber. (1880), 1, 290. — 9) Schulze. Landw. Jahrb. (1883), p. 909; Journ. prakt. Chem. (1883), 337; Vicia: Landw. Vers.stat.. 46, 383 (1895). Trifolium: A. Kiesel, Ztsch. physiol. Chem., 67, 241 (1910); Isolierung: E. Winterstein, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 2, 610 (1910). — 10) Schulze u. Steiger, Ztsch. physiol. Chem., 11, 43 (1887). — 11) Menozzi, Ber. chem. Ges., 21, 619 (1888). 266 Neuntinddreißigstes Kapitel: EiweißreBorption bei der Samenkeimung usw. gruppen der Nucleinsäuren zusammen. Schittenhelm (1) hat gezeigt, daß Lupinenkeimlinge eine Desamidase enthalten, welche Guanin in Xanthia überführt. Guanin selbst ist, wie schon Schulze und Bosshard (2) berichten konnten, in Keimlingen verbreitet und ließ sich in Gräsern, Leguminosen und Cucurbitakeimlingen nachweisen. Zum mikrochemischen Guanin- nachweise wird man vielleicht die von Giacomo (3) angegebene Reaktion in Pflanzen gebrauchen können: Gelbrote Färbung mit Sulfanilsäure, Nitrit und Schwefelsäure unter Bildung von Diazobenzolsulfosäure. Daß bei Trifolium repens das Hypoxanthin aus Adenin hervorgeht, hat Kiesel (4) wahrscheinlich zu machen gesucht; nach Yoshimura (5) ist Adenin in der Tat in allen nucleinhaltigen Geweben, u. a. in Reiskleie, zugegen. Es wäre nach der chemischen Sachlage des Nucleinabbaues in Pflanzen die Auffindung von Harnsäure möglich. Doch war alles Suchen nach der- selben vergeblich (4). Der Grund dürfte darin gelegen sein, daß die Oxy- dation rasch bis zum Allantoin fortschreitet, welches einigemal in Keimlingen nachgewiesen werden konnte. Im Keime des ruhenden Weizenkorns wurde Allantoin zuerst durch Richardson und Crampton (6) gefunden, was später mehrfach bestätigt worden ist (7). Der Weizenembryo enthält davon 0,5%. Sodann fanden Schulze und Pfenniger Allantoin in den unreifen Frucht- schalen von Phaseolus auf; aus den Samen von Datura Metel isolierte es Plato (8), aus Nicotianasamen Scurti und Perciabosco (9). Bekanntlich entsteht Allantoin bei der Oxydation der Harnsäure mit alkalischer Per- manganatlösung; es ist das Endprodukt des tierischen Nucleinstoffwechsels, nach der oxydativen Zerstörung der Harnsäure, die auch im Tier nur ein intermediäres Stoffwechselprodukt darstellt (10). Das Vernin, welches Schulze und Bosshard verbreitet in Keim- pflanzen nachwiesen (11), ist ein der Guanylsäure im tierischen Organismus vergleichbares Produkt des Nucleinstoffwechsels. Es liefert bei der Spaltung mit Salzsäure Guanin, und ist nach den Untersuchungen von Schulze (12) sicher identisch mit dem d-Ribose- Ester des Guanins, identisch mit dem Guanosin aus dem Tierreiche. Vernin entspricht der Formel CiaHgoNgOg -f- 3H2O; es ist in kaltem Wasser wenig, in heißem leicht löslich, löslich in Säuren, unlöshch in Alkohol und fällbar durch Mercurinitrat oder Silber- nitrat. Wie schon Schulze annahm, ist auch das durch Ritthausen in Vicia sativa entdeckte Vi ein als glucosidischer Stoff des Nucleinumsatzes, und zwar als Glucosid einer Pyrimidinbase aufzufassen. Die Hydrolyse ergibt nach Ritthausen eine Base, das Divicin, und 2 Mol. d-Glucose. Die Identität des Zuckers mit Traubenzucker wurde durch E. Fischer 1) A. Schittenhelm. Ztsch. physiol. Chem., 67, 289 (1909). — 2) Schulze u. Bosshard, Ebenda, 9, 420 (1885). Journ. prakt. Chem., 32, 433 (1885). — 3) Amatore de Giacomo, Ztsch. wiss. Mikrosk., 27, 257 (1910). — 4) A. Kiesel, Ztsch. physiol. Chem., 67, 241 (1910). — 5) K. Yoshimura, Ebenda, 88, 334 (1913). — 6) Cl. Richardson u. Crampton, Ber. ehem. Ges., 19, 1180 (1886); Schulze u. Bosshard, Ztsch. physiol. Chera., p, 420 (1885). — 7) Fr. B. Power u. A. H. Salway, Pharm. Journ. (4), j;, 117 (1913). A. Stikger, Ztsch. physiol. Chem., 86, 245 (1913). — 8) G. de Plato, Staz. Sper. agr. ital., 43, 79 (1910). — 9) F. Scurti u. F. Perciabosco, Gazz. chim. ital., 36, II, (526 (1906). — 10) Allantoin: C. Brahm, Abderhaldens biochem. Handlex., 4, 1151 (1911); A. W. Titherley, Journ. Chem. Soc, 103, 1336 (1913); L. B. Mendel u. Dakin, Journ. biol. Chem.. 7^ 153 (1910); H. Biltz, Ber. chem. Ges., 43- 1999 (1910); 46, 3410 (1913). Handovsky, Ztsch. physiol. Chem., 90, 211 (1914); Givens, Journ. Biol. Chem., 18, 417 (1914). — 11) Schulze u. Bosshard, Ztsch. physiol. Chem., 10, 80 (1886). Journ. prakt. Chem., 32, 432 (1885); Landw. Vers.stat., 46, 383 (1895). Wassilieff, 1. c. — 12) E. Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 66, 128 (1910); 70, 143 (1910). § 3. Die Abbauprodukte der Reserveproteide bei der Keimung von Samen. 267 und durch Winterstein nachgewiesen (1). Die Konstitution des Divicins^ das durch Johnson (2) als 4,5-Diaminouracil aufgefaßt worden war, ist nach Levene (3) eher 4,6-Dioxy-2,5-Diaminopyrimidin C4He02N4 oder NH^.CH-CO-NH I I C0-N=C.NH2. Wintersteins Analyse des Vicins führte zur Formel C10H16O7N4. Von Schulze und Winterstein (4) wurde vermutet, daß das voa Maquenne und Philippe (5) als Pyridinderivat angesprochene Ricinin aus Keimlingen von Ricinus communis zu den Umsatzprodukten des Eiweiß- stoffwechsels gehört. Etiolierte Keimlinge lieferten davon 2,43%, grüne Keimpflanzen nur 1,33% der Trockensubstanz. Mit dem Ricinin ist das früher von Schulze (6) angegebene Ricidin identisch. Ricinin krystallisiert leicht, schmilzt bei 201,5" (corr.) und gibt eine der Murexidprobe ähnliche Reaktion, sowie die Reaktion nach Weidel. Seine Zusammensetzung ent- spricht der Formel CgHgNgOg. Mit alkoholischer Lauge erhitzt liefert es Methylalkohol und Ricininsäure C7H8N2O.2. Über seine Konstitution vgl. Kap. 53. Cholin und Betain, welche in Keimlingen weit verbreitet vorkommen (Schulze) (7), aber bei Vicia schon im unge keimten Samen nachgewiesen werden konnten, sind Derivate der Phosphatide und hängen mit dem Eiweiß- stoffwechsel nicht zusammen. Erwähnt sei noch das Schicksal der schwefel- haltigen Gruppen der Reserveproteide bei der Keimung. Abspaltung von Cystin, Cystein oder Thiomilchsäure ist bisher bei der Samenkeimung nicht konstatiert worden, doch wahrscheinlich als primärer Vorgang anzu- nehmen. Schulze, Umlauft und Urich (8) fanden zuerst, daß sich die Sulfate bei der Keimung auf Kosten des Eiweißschwefels vermehren. Später untersuchte Tammann (9) eingehend die Schicksale d^s Schwefels bei der Keimung der Erbse. Im ungekeimten Samen wurde der Gesamt-S als SO3 bestimmt; gefunden wurden 0,356— 0,362 %. Hiervon waren als SO3 prä- formiert 0,067—0,073%, also etwa 1/5 des Gesamt-S. Ätherschwefelsäuren waren nur spurenweise vorhanden. Bei der Keimung im Dunklen nahm die SOj-Menge zu und erreichte ihr Maximum in der dreifachen Anfangs- menge binnen 10 Tagen. Nach 24stündiger Quellung und 25tägiger Vege- tation im Dunklen enthielten die Keimhnge 0,191% SO3, im Licht erwachsen aber 0,152 % ihres ursprünglichen Gewichtes. Ätherschwefelsäuren waren bei Dunkelpflanzen bedeutend weniger als bei den Lichtpflanzen, die davon 0,019% aufwiesen. Im übrigen sind die Verhältnisse des Schwefels bei der Keimung noch unerforscht. Die von Gola (10) in Wurzel- und Sproßspitzen beobachtete LEGALsche Probe mit Nitroprussidnatrium und Soda wurde auf Gegenwart von Cystein bezogen. Jedenfalls betrifft sie bereits Neu- bildungsprozesse im Eiweißumsätze. 1) Em. Fischer, Ber. ehem. Ges.. 47, 2611 (1914). E. Winterstein, Ztsch. physiol. ehem., 105, 268 (1919). — 2) Tr. B. Johnson u. C. 0. Johns, Journ. Amer. Chem. Soc, j6, 645 (1914); Thannhauser u. Dorfmüller, Ber. ehem. Ges., 47, 1304 (1914). — 3) Levene u. Senior, Journ. Biol. Chem., 25, 607 (1916); ebenda, 18, 305 (1914). — 4) E. Schulze u. E. Winterstein, Ztsch. physiol. Chem., 43, 211 (1904). — 5) L. Maquenne u. L. Philippe, Compt. rend., 138, 606; 139, 840 (1904). Bull. Soc. Chim. (3), jj, 103 (1905). — 6) E. Schulze, Ber. ehem. Ges., 30, 2197 (1897). — 7) E. Schulze, Landw. Vers.stat.. 46, 383 (1895). Ztsch. physiol. Chem., 17, 193 (1892); 11, 365 (1887); 12, 405 (1888). — 8) E. Schulze, W. Umlauft u. A. Urich, Ber. chem. Ges., 9, 1314 (1876). Schulze, Ebenda, 11, 1234 (1878). Landw. Jahrb., 7- 438 (1878). — 9) G. Tammann, Ztsch. physiol. Chem., 9, 416 (1885). — 10) G. Gola, Malpighia, j6, 368 (1903). 268 Neununddreißigstes Kapitel: Eiweißresorption bei der Samenkeimung usw. Durch Tammann wurde auch die Phosphorsäure in ihren Veränderungen bei der Keimung näher verfolgt. Entgegen den früheren Angaben von Kellner (1) nimmt die Menge der freien Phosphorsäure bei der Keimung zu. Ungekeimte Erbsen enthielten in Tammanns Versuchen 0,324 % P2O6. 12tägige etiolierte Keimlinge 0,443%. Später tam Schimper(2) auf Grund mikrochemischer Beobachtungen zu demselben Ergebnisse, welches Postek- nak (3) in Zweifel zog, Iwanoff (4) jedoch auf Grund besserer Methoden bestätigen konnte. Dem letztgenannten Autor zufolge vermögen die Cotyle- donen von Phaseolus und Vicia diese Bildung von ,, inorganischem Phosphat" aus organischen P- Verbindungen wahrscheinlich nicht zu voll- ziehen, während die Abspaltung von Phosphorsäure in Wurzel und Hypo- cotyl reichlich vor sich geht. In einer weiteren Arbeit teilt Iwanoff (5) folgende Analysenergebnisse mit : Vicia sativa. Von der Gesamtphosphorsäure fallen auf: im Samen lOtäg. 20 tag. 27-29 tag. 40 tag. Keimlinge Inorgan. Phosphat . Lecithine . . . . Eiweißstoffe . . . Organ. Phosphate -11,4 11,6 52,5 25,7 48,1 37,4 9,8 81,6 15,0 0,0 80,2 6,6 13,7 5,1 93,7 % - % 0,0?% - % Cotyl. 15 tag. Achsenorg. Cotyl. 25 tag. Keimlinge Achsenorg. Cotyl. 0,5075 0,2520 0,0300 0,1640 0,4656 - 0,0159 - 0,0160 - 0,2634 - 0,5137 0,2784 0,0200 0,0525 0,0158 - 0,4014 — Aus diesen allerdings noch weiter auszudehnenden Beobachtungen geht hervor, daß sowohl Lecithide als phosphorhaltige Proteide bei der Abspaltung der Phosphorsäure im Keimungsprozesse beteiligt sind. Auch Andre er- kannte (6), daß hierbei Lecithide und Proteide eine Rolle spielen. Zaleski (7) bestimmte für Dunkelkeimlinge von Lupinus angustifolius folgende Werte: 10 tag. Achsenorg. Gesamt-P als Mg^P^O,» 0,3023 Lecithin-P „ „ 0,0144 Eiweiß-P ,. ., 0,0174 Phosphat-P,, „ 0,2018 Auf die Frage, welchen Anteil der in Pflanzensamen verbreitete Inosit- phosphorsäureester oder Phytin an dem Phosphorumsatze nimmt, wird noch an anderer Stelle zurückzukommen sein. Die von Patten und Hart (8) in Weizenkleie aufgefundene phosphororganische Substanz ist nicht Phytin, sondern stellt nach Anderson (9) eine N-haltige Phosphorverbindung vor, die auch Inosit liefert. Ihre Brucinverbindung bildet lange weiße Nadeln vom F 196-8*^. Das Barytsalz gibt bei der Hydrolyse mit Schwefelsäure Pentose und eine freie Säure C20H55O49P9. Doch scheint es mir möglich, daß diese Substanz mit N-haltigen Verbindungen verunreinigte Inosit- phosphorsäure darstellt. In methodischer Hinsicht ist bezüglich Nachweis und Isolierung der einzelnen Produkte des Eiweißabbaues bei der Keimung vor allem auf die zahlreichen äußerst sorgfältigen Arbeiten von E. Schulze mit seinen Mit- arbeitern E. Winterstein, Castoro und vielen anderen (1 0) hinzuweisen, 1) 0. Kellner, Landw. Vers.stat., 17, 408 (1874). — 2) Schimper, Flora (1890). — 3) Posterna K, Rev. gen. Botan. (1900),' Nr. 133. — 4) L. Iwanoff, Jahrb. wiss. Botan., 36, 365 (1901). — 5) Iwanoff, Phosphorverwandlung bei der Keimung der Samen (1902) (russisch), zit. von Zaleski, 1. c. — 6) Andre, Compt. rend., 132 (1901). — 7) W. Zaleski, Ber. bot. Ges., 20, 426 (1902). — 8) Patten u. Hart, Journ. Amer. Chem. Soc, 31, 566 (1904). — 9) R. J. Anderson. Journ. ßioL ehem., 12, 447 (1912). — 10) E. Schulze, Landw. Vers.stat., jj, 124 (1887); Ztsch. physiol. Chem., 22, 41] (1896); Schulze u. Castoro, 1. c. Schulze, § 4. Sekundäre Veränderungen der primären Produkte der Eiweißspaltung. 269 die auch in übersichtlichen Zusammenstellungen veröffentlicht worden sind, so daß wir auf dieselben kurz verweisen können. Die Estermethode nach E. Fischer scheint bisher extensiv auf den Keimungsstoffwechsel noch nicht angewendet worden zu sein. Es ist wohl anzunehmen, daß noch nicht alle Verbindungen bekannt sind, die beim Umsätze der Samenreservcproteide in der Keimung entstehen. Zur raschen Orientierung über den Fortgang des Eiweißumsatzes steht wohl gegenwärtig die Formol-Titrierung nach Sörensen obenan (1). Wenig Wert kann man dem Versuche von Belzung (2) zusprechen, die Aminosäuren an Schnitten aus Keimpflanzen, welche in konzentriertes Glycerin eingelegt wurden, mikroskopisch zu diagnostizieren. Sekundäre Veränderungen der primären Produkte der Eiweißspaltung und der Vorgang der Eiweißregeneration in der Keimpflanze. Seit Liebig (3) 1844 die Eiweißbildung in der Pflanze durch eine Entstehung der Proteinstoffe aus Zucker und Ammoniak erklären wollte, hat keine Erscheinung in der Geschichte des Problems des Eiweiß- umsatzes in Keimpflanzen eine größere Bedeutung erlangt, als die durch Pasteur entdeckte auffallende Ansammlung von Asparagin in ver- dunkelten Keimpflanzen von Leguminosen, besonders nachdem Pfeffer 1872 nachgewiesen hatte, daß Verarmung an Zucker in den verdunkelten Keimlingen die Proteinsynthese hemmt und die Anhäufung von Asparagin begünstigt. Die nächstliegende Annahme, daß das Asparagin als Zwischen- produkt im normalen Gange des Stoffwechsels vom Reserveprotein zum neugebildeten Eiweiß aufzufassen sei, fand zahlreiche Vertreter, und es fehlte nicht an Versuchen, den Prozeß der Eiweißbildung aus Asparagin und Zucker durch chemische Gleichungen zu illustrieren (4). Die Ar- beiten von Schulze förderten hierauf manche Tatsache zutage, welche geeignet war, diese Auffassung zu modifizieren. Es ergab sich einmal die bereits von Pfeffer ins Auge gefaßte Tatsache, daß statt Asparagin auch andere Aminoderivate, wie Glutaniin, Arginin, dominieren können; sodann ließ sich in manchen Fällen die Ähnlichkeit der Zusammensetzung des Aminosäurengemisches in Keimpflanzen mit der Zusammensetzung von Eiweißhydratationsgemischen nicht verkennen. Der wegen seiner Einseitigkeit nicht geglückte Versuch Schulzes, das Dominieren einzelner Aminosäuren durch Nichtverbrauch derselben zu erklären, und so die Auffassung, daß primär eine normale Eiweißhydrolyse stattfindet, mit der so auffällig differenten Zusammensetzung des Aminosäurengemisches in Keimlingen in Einklang zu bringen, mußte einer anderen Auffassung weichen. Wir haben die Differenzen in der zwischen den quantitativen Verhältnissen der künstlichen Spaltungsprodukte des Reserveproteins und Ztsch. physiol. Chem., 24, 18 (1897); Schulze u. Bosshard, Ebenda, 9, 443; Schulze, Journ. f. Landw., 52, 305 (1904); Landw. Jahrb., jj, 621 (1906); Schulze u. Winterstein, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 2, 510 (1910). 1) Vgl. H. Sertz, Biochem. Ztsch., 95, 253 (1919). L. Adler, Ztsch. ges. Brauwes., J7, 105 (1914). Langkammerer u. Leberle, Ebenda, 42, 236 (1919). — 2) E. Belzung, Ann. Sei. Nat. Botan. (7), 15, 203 (1893); Journ. de Botan. (1893), p. 87. Kritik: Schulze, Ztsch. physiol. Cheni., 20. — 3) J. Liebig, Lieb. Ann., 51, 287 (1844). — 4) Vgl. z. B. IIenneberg, Landw. Vers.stat., 16, 184 (1873). 270 Neununddreißigstes Kapitel: Eiweißresorption bei der Samenkeimung usw. der in keimenden Samen vorkommenden Amidgemische vor allem auf sekundäre, sich unmittelbar an die Proteolyse anschließende Vorgänge zurückzuführen. Allerdings besteht in manchen Fällen eine deutliche Konkordanz zwischen den Hydratationsprodukten der Reserveproteide und der Zu- sammensetzung der Keimlinge. So kann man ungezwungen den reich- lichen Arginingehalt von Coniferenkeimlingen mit dem hohen Gehalt der Reserveproteide von Coniferensamen an Diamino-N in Beziehung setzen. Man darf noch manchen analogen Befund erwarten. Im Gegensatz dazu beobachtet man andererseits, daß Aminosäuren, die bei der Eiweiß- hydrolyse reichlich erhalten werden, ganz verschwinden oder sich wenigstens auffallend vermindern. So wird bisher das Alanin, welches bei jeder Proteinspaltung erhalten wird, von Keimlingen nicht angegeben, und es ist wahrscheinlich, daß dieser Stoff rasch aufgebraucht wird. Auch die stark schwankenden Befunde für Tyrosin, das einen integrie- renden Eiweißbestandteil darstellt, deuteten schon lange darauf hin, daß sich ein rascher Umsatz an die Tyrosinabspaltung anschließt. Wie Bertel (1) fand, läßt sich an Keimlingen von Lupinus albus durch Sauerstoffabschluß oder Chloroformieren eine starke Anhäufung von alkohollöslichen, stark Silber reduzierenden Stoffen im Hypocotyl beob- achten, welche bei normalen Keimpflanzen fehlen. Da nun der Keim- lingsbrei aus Tyrosin im Laufe der Autolyse große Mengen derselben reduzierenden Stoffe zu bilden imstande ist, wobei zugesetztes Tyrosin verschwindet, so ist es sehr wahrscheinlich, daß auch die ganze in den Keimlingen bei Chloroforrawirkung auftretende Masse reduzierender Stoffe dem Tyrosinumsatz entstammt. Es ist noch zu entscheiden, ob dieses Produkt, wie Bertel annahm, Schulze (2) jedoch in Abrede stellte, mit der im tierischen Stoffwechsel aus Tyrosin intermediär hervorgehenden Homogentisinsäure zusammenfällt, oder ob es sich um Dioxyphenylalanin, Brenzcatechin oder andere Stoffe von ähnlichem Verhalten handelt. Jedenfalls muß aber bei diesem Prozesse das Tyrosin durch ein Ferment, Tyrosinase, unter Ammoniakabspaltung und Oxydation zunächst die er- wähnten oxydablen aromatischen Derivate liefern, welche im normalen Stoffwechsel offenbar rasch weiter verbrannt werden und sich nur in der Chloroformnarkose anhäufen. Für den Stoffumsatz in Keimpflanzen ist es in neuerer Zeit immer wahrscheinlicher geworden, daß fermentative Desamidierung, Freiwerden von Ammoniak auf Kosten des Monamino- und Diaminostickstoffes eine bedeutsame Rolle spielt. Eine Reihe von Untersuchungen (3) hat ge- 1) R. Bertel, Ber. bot. Ges. (1902), 20, 454; Czapek u. Bertel, Jahrb. wiss. Bot., 43, 361 (1906). Gonnermann, Pflüg. Arch., 82, 289 (1900) über Homo- gentisinsäure in der Zuckerrübe. Bourquelot u. Herissey, Journ. Pharm, et Chim. (6), 8, 385 (1898) führten die Schwarzfärbung der Hülsen von Vicia Faba auf Tyrosin und dessen enzymatische Spaltungsprodukte zurück. Tyrosinase: auch C. Gessard, Compt. rend", 138, 714: (;i904). R. Chodat u. K. Schweizer, Arch. Sei. Phys. Gen^ve (4), 35, 140 (1913). — 2) E. Schulze u. Castoro, Ztsch. physiol. Chem., 48, 396 (1906). Homogentisinsäure in tier. Stoffwechsel: Wolkow u. E. Bau- mann, Ebenda, 15, 228 (1891). Baumann, Ebenda, 16, 268 (1892); 20, 219 (1894). W. Falta u. Langstein, Ebenda, 37, 513 (1903). Abderhalden u. Falta, Ebenda, 39, 143 (1903). 0. Neubauer u. Falta, Ebenda, 42, 81 (1904). Huppert, Ebenda. 23, 412 (1897). — 3) Wl. Butkewitsch, Biochem. Ztsch., 16, 411 (1909); 41, 431 (1912); N. Castoro, Ztsch. physiol. Chem., 50, 525 (1906); A. Kiesel, Ebenda, 60, 463 (1909); Butkewitsch, Ebenda, 63, 103 (1909). W. Zaleski, Ber. bot. Ges., 25, 357 (1907). Palladin u. N. Ivanow, Bull. Ac. Imp. Sei. St. Petersburg (1912), p. 573. M. Molliard, Bull. Soc. Bot., 56, 332 (1909). § 4. Sekundäre Veränderungen der primären Produkte der Eiweißspaltung. 27 1 zeigt, daß bei der Autolyse von Keimlingen Ammoniak-N gebildet wird. Kiesel fand binnen 25 Tagen 13,61 % des Gesarat-N an NHj gebildet, gegen 2,4 «/o im Kontrollversuche. Auch an den lebenden Keimlingen läßt sich das Ansteigen des Amid-N verfolgen (l). Ein interessanter neuerer Befund betrifft das anscheinend nicht seltene Vorkommen einer kräftig wirksamen Urease in Pflanzensamen. Nach Zemplen (2) enthalten die meisten Leguminosensamen, so der Samen von Robinia pseudacacia, reichlich Urease, Takeuchi(3) fand sie in den ruhenden und keimenden Samen von Glycine hispida, und nach Falk (4) findet sich das Enzym auch in Ricinussamen. Doch ist Ricinus- Urease weniger aktiv als Soja-Urease. Ein sehr wirksames Enzym wurde aus dem Samen von Canavalia erhalten (5), In Getreidesamen kommt Urease ebenfalls vor (6). Man wird nicht fehlgehen, der Urease eine Bedeutung beim Umsätze des aus Arginin durch die Wirkung der Arginase entstehenden Harnstoffes zuzuschreiben, doch ist vielleicht damit ihre Rolle nicht erschöpft, wenn man auch angesichts der durch Armstrong (7) sicheTgestellten strengen Spezifität der Urease nicht annehmen kann, daß auch andere Amide durch dieses Ferment angegriffen werden. Die früher mehrfach ausgesprochene Meinung, daß ein Teil des Stickstoffes der Reserveproteide im Keimungsumsatze als freier Stickstoff ausgeschieden werden (8), hat sich durch kritische neuere Untersuchungen als unhaltbar erwiesen (9). Desgleichen ist es durch die vorhegenden Arbeiten hinreichend erhärtet, daß die von Belzüng und anderen Autoren vertretene Ansicht, als ob in Keimpflanzen auf Kosten des Eiweiß- stickstoffes Salpetersäure gebildet werde, nicht zutreffend sein kann (10). Wenn man die Bedeutung der Ansammlung einzelner Aminosäuren, vor allem des Asparagins, in verdunkelten Keimpflanzen richtig würdigen ■will, so muß man vorerst davon absehen, aus dieser Ansammlung und Umsetzung direkt eine besondere Eignung dieser Aminosäure für die Eiweißregeneration folgern zu wollen. Hartwig (11), dem das Verdienst 1) Für Phaseolus lunatus: Sh. Suzuki, Journ. biol. Chem., j, 266 (1907). — 2) G. Zemplen, Ztsch. physiol. Chem., 79, 229 (1912); Ztsch. angew. Chem., 35, 1660 (1912). — 3) T. Takeuchi, Journ. Coli. Agr. Tokyo, i, 1 (1909). Soja-Urease: VAN Slyke u. Cullen, Proc. Soc. Exp. Biol., 11, 65 (1914); Journ. Amer. Med. Assoc, 62, 1668; Eigenberger, Ztsch. physiol. Chem., 93, 370 (1916); Jansen, Chem. Weekbl., 12, 483 (1916); Street u. Bailey, Journ. Ind. Eng. Chem., 7, 863 <1915). Groll, Chem. Weekbl., 13, 254 u. 333 (1916). de Graaff, Ebenda, p. 268. "Wester, Pharm. Zentr. Halle, 57, 423 (1916). Einflüsse: Marshall jun., Journ. Biol. Chem., 17, 361 (1914). Jacoby, Biochem. Ztsch., 69, 116, 134 (1916); 68, 23 (1914). VAN Slyke, Journ. Biol. Chem., 19, 181 (1914). Onodera, Biochem. Journ., <), 544 (1915). Wirkungsgesetz: van Slyke u. Cullen, Journ. Biol. Chem., 19, 141, 211 (1914); Labberte, Pharm. Weekbl., 52, 1428 (1915). Adsorption: Jacoby, Biochem. Ztsch., 74, 93 (1916). Über ein Coenzym der Urease: N. Onodera, Biochem. Journ,, 9, 676 (1915). Nachweis von Urease in Keimlingen: R. FossE, Compt. rend., 158, 1374 (1914). Compt. rend. Soc. Biol., 77, 129 (1914). — 4) K. Geo. Falk, Journ. Amer. Chem. Soc, 35, 292 (1913). Falk u, Sugiura, Ebenda, j6, 2166 (1914). — 5) Annett, Biochem. Journ., 8, 449 (1914). Mateer u. Marshall, Journ. Biol. Chem., 25, 297 (1916). — 6) A. Nj5mec, Biochem. Ztsch., 9/, 126 (1918). — 7) H. E. Armstrong u. E. Horton, Proc. Roy. Soc, B, 85, p. 109 (1912). — 8) Mulder, Physiol. Chem. (1844), p. 849; M. Schulz, Journ. prakt. Chem., 87, 129 (1862). — 9) Atwater u. Rockwood, Amer. Chem. Journ., 8, 327 (1887). Th. Schloesing, Compt. rend., 120, 1278 (1895). N. Castoro, Xandw. Vers.stat., 60, 41 (1904). — 10) E. Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 22, 82 (1896). — 11) Th. Hartig, Entwicklungsgeschichte des Pflanzenkeims (1858), p. 128. 272 Neununddreißigstes Kapitel: Eiweißresorption bei der Samenkeimung usw. zuzuschreiben ist, die große Verbreitung des Asparagins bei der Keimung frühzeitig erkannt zu haben, nahm für das „Gleis", wie er die krystallisier- baren Produkte des Eiweißzerfalles nannte, eine ähnliche Rolle an, wie für den Zucker im Kohlenhydratstoffwechsel. Auch Borodin (1) meinte, es gehöre zum normalen Eiweißstoffwechsel, daß fortwährend Asparagin gebildet und weiterverarbeitet werde. AVenig begründete Hypothesen, welche dem Asparagin eine konstante wichtige Rolle bei der Eiweiß- regeneration zuschrieben, waren jene von C. 0. Müller (2) und von Mercadante (3). Andererseits hatte Boussingault (4) das Asparagin geradezu für ein dem Harnstoff vergleichbares Endprodukt erklärt, das jedoch durch Vermittlung der Wirkung des Lichtes noch Verwendung im Stoffwechsel finden könne. In einer ähnlichen Lage, wie die auf beschränkten Kohlenhydrat- vorrat gesetzte verdunkelte Keimpflanze, die sich hinsichtlich ihrer Eiweiß- bildung auf Grund der vorhandenen Eiweißzerfallsprodukte nun passend einzurichten hat, befindet sich auch ein Schimmelpilz, den man etwa auf Peptonlösung ohne Zuckerzusatz oder einem anderen an passenden N-Verbindungen reichem aber an Zucker armen Substrate zieht. Wir wissen von solchen Pilzkulturen, daß sie reichlich oxalsaures Ammonium bilden, dessen Entstehung durch die Annahme von Desamidierungs- vorgängen und oxydativen Veränderungen an den dargereichten Amino- säuren verständlich gemacht werden kann. Für die Asparaginbildung liegen die Dinge sicher viel schwieriger. Daß oxydative Vorgänge bei der Entstehung und Speicherung von Asparagin stattfinden, ist von mehreren Seiten, wie von Palladin, 0. Loew, Schulze und Castoro (5), nicht ohne Berechtigung behauptet worden. Vor allem ist es bemerkens- wert, daß die Asparaginbildung ausbleibt, wenn man den Keimlingen den Sauerstoff entzieht. Die andere Seite der Frage, die Desaraidierung und Ammoniakbildung in ihrer Beziehung zur Asparaginspeicherung, hat 0. Loew und besonders Prianischnikow (6) berührt und angenommen, daß die Asparaginbildung ein Mittel sei, das abgespaltene Ammoniak zu speichern, ähnlich wie man es sich auch für die Rolle der Oxalsäure bei den Peptonkulturen von Pilzen denken kann. Da aber jede festere chemische Grundlage zur Beurteilung aller dieser Vorgänge fehlt, so muß man sich gestehen, daß die Genese der Asparaginspeicherung derzeit noch gänzlich in Dunkel gehüllt ist. Möglich wäre es dennoch, die Beobachtungen an Peptonkulturen von Pilzen in der Weise heranzuziehen, daß man versucht, die Ammoniumoxalatbildung durch Zusatz verschiedener Aminosäuren hindernd zu beeinflussen. Daß Leuchtgasspuren in der Luft einen Reiz zu stärkerer Asparaginbildung geben, hat Prianischnikow (7) behauptet, Schulze jedoch nicht bestätigt (8). Nach den Darlegungen von Pria- nischnikow (9) findet ein Parallelismus zwischen der Kurve des Eiweiß- 1 ) Borodin, Botan. Ztg. (1878), p. 801. E. Schulze, Landw. Jahrb. (1880), p. 730. — 2) C. 0. Müller, Diss. (Leipzig 1886). Ein Beitrag zur Kenntnis der Eiweißbildung. — 3) Mercadante, Ber. ehem. Ges., 8, 823 (1875). — 4) Boussin- gault, Compt. rend., 58, 917. Prianischnikow, Landw. Vers.stat., 46, 458 (1896). — 5) W. Palladin- Ber. botan. Ges., 7, 126 (1889). 0. Loew, Journ. prakt. ehem., 31, 137; Chem.-Ztg. (1896). Prianischnikow, Landw. Vers.stat., 46, 450 (1896) nahm eine mehr unentschiedene Stellung in dieser Frage ein. E. Schulze u. Castoro, 1. c. (1903), p. 202. — 6) D. Prianischnikow, Russ. Journ. f. exp. Landwirtsch., 13, Heft 5 (1912). Rev. gen. Bot., 25, 6 (1913); Prianischnikow u. J. ScHULOW, Ber. bot. Ges., 28, 253 (1910). — 7) Prianischnikow, Ebenda, 22, 38 (1904). — 8) E. Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 47, 560 (1906). — 9) Pria- nischnikow, Ber. bot. Ges., 17, 151 (1899). § 4. Sekundäre Veränderungen der primären Produkte der Eiweißspaltung. 273 Zerfalles und derjenigen der Asparaginbildung in der Keimpflanze statt und die beiden Maxima fallen zeitlich sehr nahe aneinander. Aus den Beobachtungen von Schulze (l) geht hervor, daß in Keim- lingen der Eiweißverlust und die Asparaginbildung im Dunklen umso energischer ist, je weniger stickstoffreies Reservematerial im V'erhältnis zu Eiweißstoffen vorhanden ist. Je mehr N-freies Reservematerial zur Verfügung steht, desto weniger weit geht die Verarmung an Eiweiß. In dieser Hinsicht ist es biologisch bemerkenswert, daß kohlenhydrat- reiche Samen in der Regel relativ viel weniger Eiweißstoffe als Reserve- material speichern, als Fettsamen, bei denen die Mobilisierung des N-freien Materiales wahrscheinlich nicht so rasch möglich ist. Versuche von Prianischnikow (2) und Schulze (3) haben gezeigt, daß asparagin- reiche Keimlinge, wenn sie wieder an das Licht gebracht werden und assimilieren können, nicht sofort Abnahme des Asparagins zeigen, sondern ihr Asparagin zunächst weiter vermehren, und erst wochenlang nachher Asparaginverminderung aufweisen können. Natürlich darf man daraus keinen Beweis gegen die Bedeutung des Asparagins im Eiweißstoffwechsel konstruieren, wenn auch unter diesen speziellen Bedingungen trotz Licht- zutritt und Kohlenhydratbildung nicht sofort ein rascher Verbrauch des Asparagins einsetzt. Im übrigen ist hinsichtlich der kausalen Beziehung zwischen Zucker- verarmung und Asparaginspeicherung, welche durch Pfeffer aufgedeckt worden ist, wenig Neues in der Folgezeit an Tatsachen hinzugekommen. KiNOSHiTA und LoEw(4) gaben an, daß man nicht nur durch Zucker- zufuhr, sondern auch durch Darreichung von 1 % Glyzerin 'oei ver- dunkelten Sojakeimlingen die Asparaginbildung verhindern und die Eiweiß- regeneration unterhalten könne; sogar Methylalkohol soll eine Wirkung entfalten. Daß der Prozeß der Asparaginspeicherung und Eiweißregeneration auch von Faktoren abhängen kann, welche bisher gar nicht berücksichtigt wurden, zeigen die Befunde von G. Balicka Iwanowska (5), wonach die Abwesenheit von Mineralsalzen im Substrate die Anhäufung von Asparagin in Keimlingen begünstigt. Es scheint hierbei ein Mangel an Kalksalzen eine Rolle in der Behinderung der Eiweißregeneration zu spielen. Übrigens waren diese Pflanzen am Lichte kultiviert, und es ist möglich, daß der Einfluß als ein indirekter, auf dem Wege einer Beeinflussung der Assimilationsenergie zustandekommender, zu betrachten ist. Der Prozeß der Eiweißregeneration selbst muß als gänzlich un- bekannt angesehen werden und es ist mir nicht möglich, den Folgerungen von 0. LoEw(6) zugunsten einer hohen Bedeutung des Asparagins für die Konstitution und den Aufbau der Eiweißstoffe beizustimmen. Daß auch Reizwirkungen im Sinne einer Förderung der Eiweißregeneration vorkommen können, haben die Erfahrungen von Zaleski(7) über Ätherisierung gezeigt. 1) E. Schulze, Landw. Jahrb., 77, 683 (1888); 27, 516 (1898). Ztsch. physiol. ehem., 24, 18 (1897). — 2) Prianischnikow, Landw. Vers.stat., 52, 347 (1899). — 3) E. Schulze, Ebenda, 55, 33 (1901). Zur Biochemie des Asparagins ferner Prianischnikow, Ber. bot. Ges., 22, 81 (1904). E. Schulze, Ebenda, 25, 213 (1907). A. Emmerling, Landw. Vers.stat., 45, 215 (1900). — 4) Y. Kinoshita. Jahresber. Agr. Chem. (1895), p. 187. 0. Loew, Chem.-Ztg. (1896), Nr. 16. — 5) G. Balicka Iwanowska, Bull. Acad. Cracov. (1903). — 6) 0. Loew, Bull. Agr. Coli. Tokyo, 2, .393 (1897). — 7) W. Zaleski, Botan. Zentr., 87, 277 (1901). Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 18 274 Vierzigstes Kapitel: Die Bildung der Reserveproteide während der Samenreifang. Vierzigstes Kapitel: Die Bildung der Reserreproteide während der Samenreifung. Die bezüglich der Eiweißbildung in reifenden Samen vorliegenden Untersuchungen haben ergeben, daß die unreifen Samen größere Mengen von Aminosäuren enthalten, und daß dieselben bei der Anhäufung des Ei- weißes verschwinden. Hinsichtlich der näheren Details dieses Vorganges ist aber noch viel weniger bekannt, als beim Gegenstück dieser Umsetzungen in der Samenkeimung. Zunächst seien einige Fälle besprochen, die ge- eignet sind, uns ein Gesamtbild des Stickstoffumsatzes in der Samen- reifung zu geben. Am meisten untersucht sind Leguminosen und Ce- realien. Andr6(1) hat gezeigt, wie hier das Eiweiß erst in der letzten Phase in größeren Mengen erscheint, und das Maximum des Stickstoff- gehaltes der Gerste nicht am Ende der Reifung liegt, sondern früher fällt, offenbar weil später noch namhafte Mengen von stickstoffreien Materialien eingelagert werden. Zuletzt enthält die Gerste um 16,4^0 weniger N als im Maximum. Schulze gab für die Reifung des Samens von Lupinus luteus folgende Zahlen bezüglich der Abnahme des Amid-N bei der Reifung: 22. Juli 12. Aug. 19. Aug. 26. Aug. 13. Sept. Der Amid-N betrug: 1,36 0,316 0,306 0,364 0,123 Die Samen von Lupinus albus wurden ferner durch Wassilieff (2) in verschiedenen Reifungsstadien untersucht: Reifungsstadien: j Unreife Samen ^^ j^^-^^ g^^^^ Gewicht von 100 Samen in Gramm 3,52 7,58 28,30 41,00 51,46 Gewicht von 100 Samen in Proz. des Gewichtes der reifen Samen . 7,00 % 15,00 % 55.00 % 80,00 % 100,00 % N in Eiweißstoffen 50,96 % 62,71 % 90,60 % 93,61 % 90,97 % Asparaginstickstoff 28,45 % 19,58 % 4,79 % 1,04 % — Phosphorwolframsäure-N .... 6,37% 9,16% 4,25% 4,66% 4,43 %» Anderer Amid-N 14,22 % 8,55 % 0,36 % 0,68 % 4,60 % Während sich die Samen an Eiweiß anreichern, findet in den Hülsen nach anderen Analysen Wassilieffs eine Vermehrung der Aminosäuren statt; man darf annehmen, daß diese Stoffe aus den Hülsen in die Samen ein- wandern. Doch findet nachweisHch auch bei Samen, welche aus den Hülsen in unreifem Zustande herausgenommen wurden, eine Eiweißvermehrung statt. Zu ganz ähnlichen Ergebnissen kam Pfenninger (3) bei der Unter- suchung von reifenden Phaseolusfrüchten. Er macht aber darauf aufmerk- sam, daß reife Samen nicht nur mehr Eiweiß, sondern auch mehr Amino- säuren enthalten können, als die unreifen Stadien. 100 Stück Samen enthielten: Gesamt-N Protein-N Nichtprotein-N I. Entwicklungsstadium . . . 0,0284 0,0204 0,0080 II. „ ... 0,3325 0,2858 0,0467 III. „ ... 1,9030 1,8040 0,0989 1) G. Andre, Compt. rend., 140, Uli (1905); 154, 1627 (1912). — 2) N. Was- silieff, Ber. bot. Ges., 26, 454 (1908). — 3) U. Pfenninger, Ebenda, 27, 227 (1909). Vierzigstes Kapitel: Die Bildung der Reserveproteide während der Samenreifung. 275 Emmerling (1 ) untersuchte den reifenden Samen der Vicia Faba. In Prozenten der Trockensubstanz war im Samen und in den Hülsen folgende Menge an Stickstoff in den verschiedenen Formen enthalten: In den Samen Am 28. Juli . 7. Aug. . 13. „ 18. „ 1. Sept. . 9. Okt. . Gesamt-N 6,65 5,10 Eiweiß-N 3,51 2,95 Nicht- protein-N 3,14 2,15 Amino- Bäure-N 0,844 0,887 abspaltbar. Amid-N 0,053 0,225 Gesarat- Amid-N 0,897 1,112 8,77 4,38 4,43 7,63 3,93 4,20 1,14 0,45 0,342 0,142 0,045 0,153 0,076 0,055 0,485 0,218 0,100 In den Hülsen Am 28. Juli . 7. Aug. . 13. „ . 18. „ 1. Sept. . 9. Okt. . 4,36 3,11 2,44 1,61 1,92 1,50 0,981 0,329 1,310 2,64 2,23 1,62 1,68 1,68 1,09 0,95 0,55 0,53 0,542 0,365 0,024 0,018 0,057 0,007 0,560 0,422 0,031 Auch die Versuche von Zaleski (2) an Pisum fanden eine Zunahme an Eiweißstoffen im unreifen Samen von Verminderung an Aminosäuren und Amiden begleitet. Über die Reifung der Cerealienfrüchte sind Untersuchungen erst in neuerer Zeit hinzugekommen. Nedokutschajew (3) fand auch hier, daß mit dem Anwachsen des Gewichtes und der Trockensubstanzmenge des Kornes der Eiweiß-N zunimmt, während der Nichtprotein-N, besonders der Asparagin-N, allmählich schwindet. Im Verhältnis zum Gesamt-N nahm der Protein-N stets zu, und der Nichteiweiß-N ab. Im Verhältnis zum Korn- gewicht kann wie bei Triticum und Seeale der Gesamt-N mit der Reife ab- nehmen, oder wie bei Avena und Hordeum zunehmen. Dem genannten Autor zufolge lassen sich im unreifen Weizen Proteosen nachweisen, und in allen Reifungsstadien reichliche Mengen von Phosphorwolframsäurefällbarem N. Xanthinbasen wurden nur in geringer Menge vorgefunden. Sehr eingehend ist die Reifung der Gerste durch Schjerning (4) behandelt worden, dessen Angaben wir die nachfolgenden Tabellen ent- nehmen. Die mit I bis VI bezeichneten untersuchten Reifungsstadien sind: I. am 24. Juli, grünreif; II. am 30. Juli, Ende der Grünreife; III. am 5. August Gelbreife; IV. am 8. August, Ende der Gelbreife; V. am 13. August, Voll- reife und VI. am 19. August, überreif. Drei Versuche liefen nebeneinander. Gewicht von 1000 Korn Prozente N in ccm von»/,« in Gramm an Trockensubstanz Säure pro 100 Korn I II III I II III I II III I. 62,20 55,95 62,17 35,44 30,93 30,11 30,4 23,0 30,9 IL 72,76 74,61 — 46,00 36,65 — 37,6 34,4 - III. 75,17 87,53 92,20 56,81 43,11 51,34 48,0 49,2 79,6 IV. 75,90 89,56 58,75 50,99 — 56,0 59,3 - V. 61,43 83,02 69,90 72,97 59,96 66,78 60,0 74,0 81,8 IV. 48,22 71,76 58,04 82,12 67,30 70,59 53,0 75,5 74,3 1) A. Emmerling, Landw. Vers.stat., 34, 1 (1887); für Lupinus auch G. Andr^, Compt. rend., 139, 805 (1904). Vicia sativa: J. M. Petrie, Linn. Soc. N. S. Wales Abstr. Proc. (1911), p. 1; 36, 97 (1912). Ältere Literatur: 0. Kellner, Landw. Jahrb., 8, Suppl.bd. I (1879). Hornberger, Ebenda, 21 (1882). Landw. Vers.stat., 31, (1886). ,— 2) W. Zaleski, Ber. bot. Ges., 23, 126 (1905); Beiheft. Bot^n. Zentr., 27, I, 63 (1911). — 3) N. Nedokutschajew, Landw. Vers.stat., 56, 303 (1902); 58, 275 (1903). — 4) H. Schjerning, Compt. rend. Carlsberg, 6, Heft 4 (1906), p. 229. 18* 276 Vierzigstes Kapitel: Die Bildung der Reserveproteide während der Samenreifung. Trockensubstanz in 10000 Körnern II III 187,2 I. 220,4 173,0 II. 334,7 273,5 — III. 427,0 377,3 473,4 rV. 445,9 456,7 — V. 448,2 497,8 466,8 VI. 396,0 483,0 409,7 Proteosen I II III [ I. 0,00 0,02 0,03 II. 0,00 0,08 — ! III. 0,04 0,00 0,00 I IV. 0,04 0,00 0,00 1 V. 0,00 0,00 0,00 VI. 0,00 0,00 0,00 In 10000 Körnern -^ g N in Form von: Albumin I 1 Albumin II 1 Denucleia I II III I 0,34 0,34 0,47 [ 0,56 0,66 — 0,62 0,76 0,95 0,75 0,84 — 0,77 0,84 0,60 ■ 0,55 0,54 0,60 | I 0,03 0,04 0,08 0,08 0,10 0,13 Pepton II 0,06 0,06 0,08 0,11 0,13 0,16 III 0,06 0,10 0,08 0,11 II III 0,16 0,06 ! 0, 0,17 0,09 12 0,08 0,25 0,19 i 0,08 0,11 0,22 — I 0,12 0,13 0,07 0,19 0,16 0,26 0,33 0,19 0,13 0,11 0,11 0,11 III 0,16 0,14 0,14 0,14 Amide u. I 1,24 0,72 0,41 0.46 0,54 0,45 II 0,91 0,93 1,01 0,65 0,65 0,65 NH, III Summe von N 1,33 1 0,74 I 0,62 0,59 I 4,26 5,26 6,22 7,84 8,40 7,42 II 3,22 4,82 6,89 8,30 10,36 10,57 III 4,33 11,14 11,45 10,4 Bezüglich Gerste sei noch auf die Arbeit von Reichard (1 ) hinge- wiesen, wo durch stufenweise Säuretitration und Formoltitration der Gehalt an Phosphat und Aminosäuren während des Reifungsvorganges verfolgt wurde. Die Reifung des Weizenkorns wurde durch Brenchley und Hall (2) analytisch im Hinblick auf die Entwicklung des Proteingehaltes studiert und die einschlägigen Verhältnisse anschaulich graphisch dargestellt. Be- züglich der Zusammensetzung des Aminosäuregemisches in unreifen Samen und Hülsen von Pisum enthalten neuere Arbeiten von Schulze (3) inter- essante Angaben. Während aus den Hülsen leicht große Mengen von As- paragin darzustellen waren, konnten in den reifenden Samen nur ganz ge- ringe Mengen hiervon nachgewiesen werden. Die Samen enthielten aber etwas Glutamin und Vernin, das aus den Hülsen nicht zu gewinnen war. Ferner war Arginin wohl in den Samen reichlich, nicht aber in den Hülsen enthalten. Jedenfalls sind diese Differenzen auf Grund der Annahme eines Zuströmens der Aminostofle aus den Hülsen in die Samen nur zum Teil verständlich, und das Eingreifen noch unbekannter Umsetzungen der Aminoverbindungen muß hier ebenso angenommen werden wie bei der Entstehung der Protein- stoffe in den Blättern. Nach Zaleski (4) ist bei reifenden Erbsen der Um- satz der Aminosäuren zu Eiweiß bei der Samenreifung bei Sauerstoffabschluß ungefähr auf die Hälfte herabgesetzt, was mit komplizierten, mit Oxy- dationen verbundenen Vorgängen in Zusammenhang gebracht werden kann. Andererseits hat Zaleski darauf aufmerksam gemacht, daß in reifenden Samen proteolytische Enzyme nachweisbar sind, und es nicht ausgeschlossen ist, daß diese Fermente bei der Eiweißbildung synthetisch wirksam sind. Allerdings sind die von Zaleski ausgeführten autolytischen Versuche in dieser Richtung ziemlich ergebnislos geblieben, und lassen keine bestimmten Folgerungen zu. In den Versuchen von Wassilieff findet sich auch die Frage berücksichtigt, welchen Einfluß Belichtung auf den Proteinbildungs- prozeß während der Samenreifung hat. Es stellte sich heraus, daß man von solchen Einflüssen kaum sprechen kann. Hingegen wollte Dumont (5) bei der Wanderung der Stickstoffverbindungen während der Reifung des Weizenkorns eine gewisse Beeinflussung durch Lichtstrahlen erkannt haben. 1) A. Reichakd, Ztsch. ges. Brauwes., 41, 212 (1918). — 2) W. E. Brenchley 11. A. D. Hall, Journ. Agron. Sei., 3, 195 (1909). — 3) E. Schulze u. E. Winter- stein, Ztsch. physiol. Chem., 65, 394 (1910); Schulze, Ebenda, 71, 31 (1911). — 4) W. Zaleski, Biochem. Ztsch., 23, 150 (1909). — 5) J. Dumont, Compt. rend., i^4J, .686 (1905). Vierzigstes Kapitel: Die Bildung der Reservepro tei de während der Samenreifung. 277 Beim Mais erscheint nach Spitzer (1) zuerst das GluteHn, dann folgen Glo- buHne und Albumine bei der Reifung; das Zein dürfte zuletzt gebildet werden. Kurz sei noch auf die Verhältnisse der Nucleinsäuren während der Samenreife hingewiesen. Amthor (2) bestimmte den Lecithin-P (I), Nuclein-P (II) und den in verdünnter Salzsäure löslichen P (III) während der Reifung der Vitissamen mit folgenden Ergebnissen: 6. September 30. September 30. Oktober Beeren hart, unreif Beeren werden weich reife Beeren lOOü Kerne wogen . 14,5960 g 17,3229 g 18,2615 g Phosphor I . . . 0,0039 % 0,0042 % 0,0048 % II . . . 0,0365 % 0,0422 % 0,0451 % III .. . 0,0043 % 0,0037 % 0,0038 % Verhältnis I: II: III . 1 : 9,4: 1,1 1 : 10 : 0,9 1:9,4:0,8 Hannig (3) berichtete über Versuche, welche die Kultur von Em- bryonen, die unreifen Samen entnommen waren, zum Gegenstande hatten. Tatsächlich lassen sich Embryonen aus unreifen Cruciferensamen oder Grassamen mit gutem Erfolge in künstlichen Nährlösungen zum Wachstum und zur Erreichung k(Mmfähiger Stadien bringen, während Leguminosen- embryonen bisher versagten. Obgleich die Cruciferenembryonen wie Rha- phanus, Cochlearia, in Zuckerlösung unter Zusatz von Mineralsalzen und Kaliumnitrat oder Asparagin Wachstum zeigten, so war dennoch nach den Angaben von Hannig an ihnen keine Zunahme des absoluten Stickstoff- und Eiweißgehaltes nachzuweisen. Nur bei Darreichung von Proteosen, Wittepepton, glaubte Hannig einen namhaften Eiweißgewinn der Em- bryonen beobachtet zu haben. Doch würden zu letzterem Schlüsse noch weitere Untersuchungen erwünscht sein, wobei Rhaphanusembryonen ein sehr geeignetes Material zu sein scheinen. Die Versuche von Lefevre (4) an Zea und Phaseolus beziehen sich auf bereits reife Embryonen. Einundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel unter- irdischer Speicherorgane. § 1- Die Reserveproteide in unterirdischen Speicherorganen. Die bisher angestellten Untersuchungen haben ergeben, daß die Verhältnisse der Reserveproteide in unterirdischen Speicherorganen im ganzen viele Ähnlichkeiten mit den Verhältnissen, welche wir bezüglich der Samenproteide darlegen konnten, aufweisen. Doch wurden über manche wichtige Einzelheiten bisher noch keine Aufschlüsse gegeben. So sind die Aleuronkörner in unterirdischen Reservestoffbehältern noch sehr wenig studiert, und es ist unbekannt, in welcher Form hier das Reserveeiweiß vorkommt. Potter (5) gab an, zahlreiche Rhizome 1) G. Spitzer, Carr u. Epple, Journ. Araer. Chem. Soc, 41, 1212 (1919). — 2) C. Amthor, Ztsch.i physiol. Chem.. 9, 138 (1885). — 3) E. Hannig, Botan. Ztg. (1904), I, 45. — 4) J. Lefevre, Compt. rend., 147, 935 (1908). — 5) C. Potter, Proc. Cambridge Phil. Soc, 4. 331 (1883). Für Grasrhizome: F. Wille, Beiheft, bot. Zentr., 33, I, 1 (1916). 278 Einundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsei unterirdischer Speicherorgane. und Knollen untersucht zu haben, ohne daß sich Proteinkörner oder Eiweißkrystalle darin hätten nachweisen lassen. Nur in den Zwiebeln von Narcissus poeticus fanden sich ziemlich große Aleuronkörner einzeln in den Zellen. Bekannt sind ferner die in den äußersten Parenchym- lagen der Kartoffelknolle vorkommenden Eiweißkrystalle. Genauer chemisch untersucht sind erst sehr wenige Reserveproteide von unterirdischen Speicherorganen. Am besten bekannt ist das Reserve- proteid der Kartoffel, mit welchem sich Ritthausen und Zöller (1) beschäftigten, und das Osborne und Campbell (2) als Tuberin bezeichnet haben. Schon Zöller hob hervor, daß diese Substanz globulinartige Eigenschaften besitzt. Sie ist in 10% NaCl löslich und teilt die Haupt- eigenschaften mit den Globulinen aus Samennährgewebe. Die Analyse ergab 53,61% C, 6,85 %> H, 16,24%, N, 1,25 %o S und 22,05%, 0. Aus seiner Lösung in Kochsalz ist es durch Ansäuern mit Essigsäure fällbar, durch MgSOi ist es aussalzbar, ebenso durch NaCl und (NH4)2S04, und es koaguliert bei 60 — 65° C. In Begleitung dieses Stoffes wurden ganz geringe Mengen von Proteosen gefunden. Das von Zöller angegebene Albumin der Kartoffel bleibt noch zu bestätigen. Ähnliche Eigenschaften wie dem Tuberin, mögen nach den Angaben von Vines und Green (3) dem Reserveproteid der Wurzel von Asparagus officinalis zukommen, welches gleichfalls in Wasser unlöslich und in Neutralsalzlösungen löslich ist; sonst wurden in der Spargelwurzel nur nichtei weißartige Stickstoff- verbindungen vorgefunden. Bemerkenswert ist die Darstellung eines mucinartigen Eiweißkörpers aus Dioscoreaknollen durch Ishii (4). Der Schleim der Yamswurzeln von Dioscorea japonica Humb. und D. Batatas Dec. ist aus seinen Lösungen durch Essigsäure fällbar. Ishii benutzte zur Isolierung des Dioscoreamucins die Methode von Obolensky (5). Dieses Phytomucin ist wenig löslich in 2% KHO, starken Mineralsäuren oder konzentrierter Essigsäure. Pepsin greift es nicht an, wohl aber leicht alkalische Trypsinlösung. Es zeigt die Xanthoprotein-, Biuret- und MiLLONSche Reaktion und ist durch Tannin fällbar. Einige Zeit mit H2SO4 gekocht, liefert es kupferreduzierende Substanz und Pepton. OsHiMA und Tadoroko(6) isolierten Glucosamin aus seinen Spaltungs- produkten. Die Zusammensetzung wurde gefunden wie folgt: Dioscoreamucin 52,82 % C 7,53 % H 14,20 % N 25,05 % S u. 0 Galienmucin nach Landwehk . 53,09 % C 7,60 % H 13,80 % N 25,04 % S u. 0 Dazu kommt noch 0,41 %o Asche. Dieses in den Dioscoreaknollen zu etwa 8%o der Trockensubstanz vorkommende Mucin ist hinsichtlich seiner Bedeutung als Reservestoff noch weiterer Untersuchung bedürftig. Die in der Literatur vorhandenen analytischen Daten über Quantität der Reserveproteide in Wurzeln, Rhizomen, Knollen und Zwiebeln, welche man u. a. in der 1. Auflage dieses Buches, Bd. II, p. 190 ff., und in Wehmers „Pflanzenstoffe" einsehen kann, lassen an Brauchbarkeit viel 1) Ritthausen, Pflüg. Arch., 21, 81 (1880); Ph. Zöller, Ber. ehem. Ges., jj, 1064 (1880). — 2) Th. Osborne u. Campbell, Journ. Amer. Chem. Soc, 18, 675 (1896). Tho. B. Osborne, Ergebn. d. Physiol., 10, 211 (1910). Abderhaldens biochem. Handlex., 9, 4 (1915). — 3) S. H. Vines u. J. R. Green, Proc. Roy. Soc. Lond., 52, 130 (1893). — 4) J. Ishii, Landw. Vers.stat., 45, 434 (1894); Beiheft, bot. Zentr., 6. 20 (1896); Bull. Coli. Agr. Tokyo, 2, 97 (1894). — 5) Obolensky, Hoppe-Seylers Med.chem. Unt. (1871), p. 590. — 6) K. Oshima u. T. Tadoroko, Journ. Coli. Agr. Sapporo, 4, 243 (1911). § 2. Die Resorption von Reserveproteiden in unterirdischen Speicherorganen. 279 ZU wünschen übrig, da selten angegeben wird, ob die Organe während der Ruhezeit oder während der Vegetationszeit untersucht worden sind. Als perennierende Speicherorgane bieten die Rhizome, Knollen und Zwiebeln naturgemäß ganz andere biologische Verhältnisse als die Samen, und wir finden nur während der Vollruhe der Vegetation die Proteide in maximaler Anhäufung und die Arainoverbindungen im Minimum. Während der Vegetationszeit stellt die jeweils nachweisbare Menge der Reserveproteide analog der Rhizomstärke den Überschuß der Produktion über den Verbrauch dar, welcher mannigfachen regelmäßigen und un- regelmäßigen Schwankungen unterliegt. Über die begleitenden Amino- säuren vergleiche man den nächsten Paragraph. Es hat übrigens Holde- FLEiss(l) für die Kartoffelknollen gezeigt, wie bedeutende Schwankungen, unabhängig vom Knollengewicht und Stärkegehalt vorkommen können (6,18—11,52% der Trockensubstanz). Im Mittel enthält die Kartoffel- knolle 2,34% der frischen und 8,83% der Trockensubstanz an Eiweiß. Auch für die Zuckerrübe wird angegeben (2), daß die Abänderung im Stickstoffgehalt noch viel beträchtlicher ist als die Variation im Zucker gehalt. Nach Andrlik{3) beträgt die Eiweißbildung der Zuckerrübe pro Hektar in trockenen Jahren 4,2 — 7 dz, und erhöht sich bei reich- licher Düngung auf 9 dz. In einzelnen Fällen gibt der Reserveproteingehalt unterirdischer Speicherorgane den Samen wenig nach und steigt bis zu 25% der Trockensubstanz. Bei genauen Feststellungen hätte man zu beachten, daß selbst im Maximum der Speicherung zur Ruhezeit bei verschieden alten Organen die Beladung mit Reservestoffen eine verschieden große ist, und deshalb Organe von bekanntem gleichen Alter zur Analyse zu verwenden sein werden. Während der Dauer der Ruheperiode fand Appleman (4) bei Kartoffelknollen keine wesentliche Änderung in der Quantität der einzelnen N-Formen. Der Proteingehalt bleibt konstant bis zur Keimung. §2. Die Resorption von Reserveproteiden in unterirdischen Speicherorganen. Wenn es auch den Anschein besitzt, als ob die Prozesse bei der Mobilisierung der Reserveproteide aus Knollen, Zwiebeln und Rhizomen wesentlich der gleichen Art wären, wie die Vorgänge beim Eiweißumsatz in keimenden Samen, so ist doch einige Vorsicht in der Parallelisierung geboten, da die vorhandenen Untersuchungen bisher sehr wenig er- schöpfende Aufklärung gebracht haben. Es fehlt noch gänzlich an systematischen analytischen Arbeiten, welche uns den Gang der Eiweiß- resorption in den unterirdischen Speicherorganen vorführen würden. Selbst über Vorkommen und Tätigkeit proteolytischer Enzyme ist sehr wenig bekannt. Nach Iwanow (5) wirkt der Saft aus Zwiebeln, wie Piizsaft -auf Glycyl-1-Tyrosin deutlich spaltend ein. Tadoroko (6) erhielt durch 1) HoLDEFLEiss, Biedermanns Zentr. (1880), p. 120. — 2) K. Andrlik u. J. Urban, Ztsch. Zuck.Ind. Böhm., 36, 613 (1912). Strohmer, Fallada u. Radl- BERGER, Öst,-Ung. ztsch. Zuck.Ind., 43, Heft 2 (1914). — 3) K. Andrlik, Ztsch. Zuck.Ind. Böhm., 32, 255 (1908). — 4) Ch. 0. Appleman, Bot. Gaz., 61, 266 (1916). — 5) S. Iwanow, Beiheft, bot. Zentr., 29, I, 144 (1912). — 6) T. Tadoroko, Journ. Coli. Agr. Sapporo, 5, 57 (1913). 280 Einundvierzigstes Kapitel : Der Eiweißstoffwechsel unterirdischer Speicherorgane. den Saft aus Zwiebel und Zingiberrhizom schwache Proteolyse; die Peptasereaktion war bei Zin giber schwach und fehlte bei Zwiebel und Rettich. Zaleski (1) überließ in 4 Stücke zerteilte Zwiebeln von AUium Cepa IStägiger Autolyse, die einen in gekochtem, die andern in un- gekochtem Zustande und fand den Eiweiß-N bei den gekochten mit 1,3023%, bei den anderen mit 1,1224 %. Im wesentlichen beschränkt sich das vorliegende Tatsachenmaterial auf die Konstatierung des Vorkommens der verschiedenen Eiweißspaltungs- und Eiweißumsatzprodukte, wobei sich ziemliche Übereinstimmung mit den entsprechenden Stoffen in Samenkeimlingen ergeben hat. Von be- sonderer Bedeutung ist die Gelegenheit, große Massen von Pflanzen- materialien wie sie die Industrie, z. B. in der Zuckerfabrikation, reichlich liefert, einer näheren Untersuchung zu unterwerfen, wobei man in der Lage ist, intermediäre Stoffwechselprodukte, die in ganz geringer Menge vorkommen, sicherzustellen. Im ganzen scheint unsere derzeitige Kenntnis von Vorkommen und Fehlen der einzelnen Eiweißumsatzprodukte noch mancher Ergänzungen zu bedürfen. Die gesamte Stoffbewegung beim Austreiben der Zwiebel von Allium Cepa findet sich bei Andre (2) be- handelt. Tyrosin ist oft gefunden worden. So in Kartoffeln (3), reichlich in den Knollen von Dahlia variabilis (4), in der Zuckerrübe (5), in der Wurzel von Apium graveolens (6). Daß, wie Lippmann angibt, in Zucker- rübenschößlingen auch d-Tyrosin vorkommt, wird von Pringsheim (7) in Zweifel gezogen. Vielleicht handelt es sich um Racemisierungsprodukte. Tyrosin fand Planta (8) endlich auch in den Knollen der Stachys tuberifera. GoNNERMANN (9) Vermutete, daß die Dunkelfärbung des Rübensaftes auf einer Umwandlung des Tyrosins in die sehr leicht oxydable Homogentisin- säure beruht. Doch scheint es nach den Untersuchungen von Schulze und von Gräfe (1 0), daß andere oxydable Produkte hierbei im Spiele sind, und auch der Zusammenhang derselben mit Tyrosin bedarf noch weiterer Untersuchung. Beim Schwarzwerden (black heart) der Kartoffel spielt nach Bartholomew (11) das Tyrosin und die Tyrosinase eine wichtige Rolle. Homogentisinsäure ließ sich nicht nachweisen. Diese Erkrankung läßt sich durch höhere Temperaturen künstlich erzeugen. Kleine Tyrosinmengen dürften bei unterirdischen Speicherorganen verbreitet auftreten. Hingegen hat man Phenylalanin bisher noch nicht nachweisen können. Leucin findet sich verbreitet, jedoch nie in bedeutender Menge. Nachgewiesen wurde es in der Kartoffel (12), in der Zuckerrübe (13), doch 1) W. Zaleski, Ber. bot. Ges., 25, 367 (1907). — 2) G. Andre, Compt. rend., 150, 713 (1910). Biül. Soc. C^^m. (4), 7—8, 927 (1910). — 3) E. Schulze u. Barbieri, Landw. Vers.stat., 24, 67 (1879). Landw. Jahrb., 12, 909 (1884); Ber. ehem. Ges., 12, 1924 (1879). Schulze u. Engster, Landw. Vers.stat., 27, 357 (1881). — 4) H. Leitgeb, Mitteil. bot. Inst. Graz (1888), p. 216. — 5) E. v. Lipp- mann, Ber. ehem. Ges., 17, 283 (1884); kein Tyrosin fand K. Smolenski, Zentr. Ver. dtsch. Zuck.ind. (1910), p. 1215. — 6) M. Bamberger u. A: Landsiedl, Monatsh. Chem., 25, 1030 (1904). — 7) H. Pringsheim, Ztsch. physiol. Chem., 65, 89 (1910). — 8) A. V. Planta, Ber. chem. Ges., 23, 1699 (1890). — 9) Gonner- MANN, Pflüg. Arch., 82, 289 (1900). Chem.-Ztg., 40, 127 (1916); Dtsch. Zuck.ind., 40, 751. Der Farbstoff der Melasse eine Säure C34H10N2O15: Stoltzenberg, Ber. chem. Ges., 49, 2021, 2675, (1916). — 10) E. Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 50, 508 (1907). V. Gräfe, Öst.-Ung. Ztsch. Zuck.ind. (1908), Heftl. — 11)BARTH0L0MEW, Zentr. Bakt., II, 43, 609 (1915). — 12) Schulze u. Barbieri, Landw. Vers.stat., 24, 167 (1880). Ber. chem. Ges., 12, 1924 (1879); Schulze, Landw. Jahrb., 12, 909 (1884). — 13) E. V. Lippmann, Ber. chem. Ges., 17, 2836 (1884). Darstellung aus Melasse: F. Ehrlich, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 7, 94 (1913). § 2. Die Resorption von Reserveproteiden in unterirdischen Speicherorganen. 281 soll es bei Scorzonera hispanica nach Gorup Besanez (1) fehlen. Das d-Isoleucin wies Ehrlich (2) zuerst in der Melassenschlampe der Rüben- zuckerfabrikation nach und konnte es durch die Leichtlöslichkeit seiner Kupferverbindung in Methylalkohol vom gewöhnlichen Leucin abtrennen. Dieser Stoff, seiner Konstitution nach die a-Amino-/?-MethyläthyIpropion- säure, wird sich gewiß noch in vielen anderen Fällen in kleiner Menge nach- weisen lassen. Das Asparagin spielt im Eiweißstoffwechsel unterirdischer Reserve- stoffbehälter eine ebenso hervorragende Rolle wie bei der Keimung der Samen. In den Schößlingen von Asparagus wurde die Substanz bekanntlich überhaupt zum ersten Male gefunden: Robiquet, 1805 (3); späterhin legte Plisson (4) die Identität des „Althaeins" aus Althaeasprossen mit Asparagin dar. Reichhch nachweisen läßt es sich u. a. in der Kartoffelknolle (5) ; die Triebe derselben enthalten nach Seliwanoff (6) im etiolierten Zustande etwa 3% ihrer Trockensubstanz an Asparagin. Kinoshita (7) fand in der Wurzel von Nelumbo nucifera 2% Asparagin. Zuckerrübe lieferte 2—3% Asparagin (8). In Dahliaknollen wies Leitgeb Asparagin nach. Robinia- wurzeln, Stolonen von Glycyrrhiza und viele andere Speicherorgane erwiesen sich gleichfalls reich an Asparagin (9). Viele Daten finden sich von Stieger (1 0) zusammengestellt, der auch darauf aufmerksam macht, wie das Asparagin bei manchen systematischen Gruppen (Gräser, Liliaceen, Rosaceen, Legu- minosen und Compositen), sowohl in den unterirdischen Teilen, wie in den Keimhngen überwiegend als lösliches Amid vorkommt, während in anderen Gruppen ebenso das Glutamin überwiegt. Glutamin wurde nach der Zu- sammenstellung von- Stieger vorwiegend angetroffen bei den Polypodiaceen, Polygonaceen, Cruciferen und Caryophyllaceen, während ungefähr gleich viel Asparagin und Glutamin sich bei den Umbelliferen vorfand, wahrschein- lich auch bei den Labiaten und Solanaceen. In der Zuckerrübe wird bei der in Deutschland gezogenen Pflanze Glutamin gefunden (11), während nach Smolenski in der russischen Zuckerrübe Asparagin vorwiegt, und Glutamin zweifelhaft ist. Stieger macht noch auf eine Reihe anderer derartiger un- aufgeklärter Fälle aufmerksam, in denen Asparagin und Glutamin einander vertreten. Erwähnt sei noch das Glutamin aus den Knollen der Stachys tuberifera (1 2), sowie die durch Schulze (13) bei Cruciferen (Rhaphanus 1) Gorup Besanez, Ber. ehem. Ges., 7, 569 (1874). — 2) F. Ehrlich, Ebenda, 37, 1819 (1904); 40, 2538 (1907); Abderhaldens Handb. 1. c. L. Bouveault u. LocQUiN, Compt. rend., 141, 115 (1906). — 3) Robiquet jun., Ann. de Chim., 55, 152 (1805). Vauquelin u. Robiquet, Ebenda, 57, 88(1806); Delaville, Ebenda, 41, 298 (1802). — 4) A. Plisson, Ann. Chira. et Phys. (2). 36, 175 (1827). Bacon, Ebenda, 34, 201 (1827). Wittstock, Pogg. Ann., 20, 346 (1830). — 5) E. Schulze, Landw. Jahrb., 12, 909 (1884); Schulze 11. Barbieri, Landw. Vers.stat., 21, 63 (1878); Schulze u. Engster, Ebenda, 28, 357 (1882). — 6) Th. Seliwanow, Ebenda, 34, 414 (1887). Beiheft, bot. Zentr., 2, 107 (1892). — 7) Y. Kinoshita, Chem. Zentr. (1896), I, 45. — 8) Dubrunfaut, Champion u. Pellet, Ber. ehem. Ges., 9, 724 (1876). Schulze u. Urich, Landw. Vers.stat., 18, 296(1875); 20, 193 (1877). Scheibler, Ber. chem. Ges., 2, 296 (1896); K. Smolenski, Zentr. Ver, dtsch. Zuck. Ind. (1910), p. 1215. — 9) Vgl. Husemann-Hilger, Pflanzenstoffe, 2. Aufl., p. 264. — 10) A. Stieger, Ztsch. physiol. Chem., 86, 245 (1913). — 11) Schulze, Ber. chem. Ges., 10, 85, 109 (1877); 18, 390 (1885). Schulze u. Urich, Landw. Vers.stat., 20, 193 (1877). Schulze, Landw. Jahrb., 12, 909 (1884). Schulze u. Bosshard, Ber. ehem. Ges., j6, 312 (1883). Landw. Vers.stat. (1883), p. 298; 32, 129 (1885). Darstellung: Euo. Sellier, Chem. Zentr. (1904), I, 789. K. Andrlik, Ztsch. Zuck. Ind. Böhm., 27, 665 (1904). F. Ehrlich, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 7, 94 (1913). Andrlik, Ztsch. Zuck.Ind., Böhm., 39, 387 (1915). — 12) A. v. Planta, Ber. chem, Ges., 23, 1699 (1890). — 13) Schulze, Ebenda, 29, 1882 (1896). Landw. Vers.stat., 47, 33 (1896). 282 Einundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel unterirdischer Speicherorgane. und Brassica) und Umbelliferen (Daucus und Apium) angegebene Reihe von Vorkommnissen. Mit dem Glutamin scheint die von Lippmann (1 ) in der Rübenmelasse aufgefundene a-Oxyglutarsäure COOH • CHOH «CHg' CHg« COOK genetisch als Produkt fermentativer Desamidierung zusammen- zuhängen. In der Melasse kommt außerdem nach Lippmann (2) die Glutimin- säure vor, welche direkt aus dem Glutamin durch Ammoniakabspaltung entstehen kann: COOH . CHNHg • CHg • CHg • CONH2 = NH3 + COOH . GH . CH2 . GH2 • CONH NatürUch kommt für diese Stoffe auch eine artificielle Entstehung im Zucker- fabrikationsprozeß in Betracht. Ein weiterer interessanter Befund von Lippmann (3) ist die Konstatierung der Citrazinsäure oder aa'-Dioxy- y-Pyridincarbonsäure im Rübensafte, für welche Beziehungen zur Eiweiß- spaltung vorderhand nicht gegeben erscheinen. Von den Diaminosäuren ist Ar ginin in unterirdischen Speicherorganen verbreitet nachgewiesen. Schulze (4) fand es in Steckrübe, Topinambur, Ptelea trifoliata und Cichorienwurzel. 4000 g Steckrübe lieferten 0,9 g Arginin. Das vielleicht als Spaltungsprodukt des Arginins aufzufassende Guanidin fand Lippmann (5) neben Arginin im Rübensafte. Aus Kartoffel- knollen isolierte Schulze (6) kleine Mengen von Arginin, Lysin und Histidin. Wenig Arginin wurde auch aus Dahlia- Knollen erhalten. Nach Stiegeb begleitet Arginin meist das Asparagin, seltener das Glutamin. In den unterirdischen Teilen von Paeonia officinahs und Anemone nemorosa wurde nur Arginin gefunden, wogegen bei Ranunculus acer in den ober- irdischen Teilen Asparagin neben Arginin nachgewiesen werden konnte. Das von Schulze neben den Hexonbasen in Kartoffeln gefundene Trigo- nellin dürfte in einen anderen Kreis von Stoffwechselvorgängen hinein- gehören, Pellet (7) wies in den Diffusionssäften der Zuckerrübe größere Mengen von Ammoniummagnesiumphosphat nach. Das NHg kann wohl aus Des- amidierungsprozessen der Eiweißspaltungsprodukte stammen. Zweifelhaft sind Befunde über Proteosen und Peptone in Kartoffel und Zuckerrübe (8), die durch neuere Methoden nicht bestätigt worden sind. Immerhin ist da§ native Vorkommen kleiner Mengen von Proteosen nicht unwahrscheinlich. Von den Produkten des Nucleinstoffwechsels hat man Hypoxanthin aus Kartoffelsaft in einer Menge von 3—4 mg auf 100 ccm Saft durch Schulze und Barbieri (9) kennen gelernt. Im Zuckerrübensafte lassen sich nach den Angaben von Lippmann (1 0) Xanthin, Hypoxanthin, Guanin, Adenin, aber auch das im Pflanzenreiche bisher sonst nicht gefundene Carnin C7H8N4O -f- H2O, das aus dem Fleischextrakt bekannt ist, ferner Allantoin, Vernin und Vicin nachweisen. Über die Bestimmung der Nuclein- basen im Safte der Zuckerrübe sind die Angaben von Bresler(11) zu ver- 1) E. V. Lippmann, Ber. ehem. Ges., 15, 1166 (1882). — 2) v. Lippmann, Ebenda, 17, Ref. 171 (1884). Vl. Stanek, Ztsch. Zuck. Ind. Böhm., 39, 191 (1916). — 3)v. Lippmann, Ber. ehem. Ges., 26, 3061 (1893). — 4) E. Schulze, Ztsch. physiol. ehem., 21, 43 (1896). Landw. Vers.stat., 59, 331 (1904). — 5) v. Lippmann, Ber. ehem. Ges., 2g, 2646 (1896). — 6) E. Schulze, Landw. Vers.stat., 60, 331 (1904). — 7) Pellet, Biedermanns Zentr. (1880), p. 673. Compt. rend., 90, 876 u. 927 (1880). — 8) Vgl. Schulze u. Engster, 1. c. A. Rümples, Chem. Zentr. (1898), I, 1212. — 9) Schulze u. Barbieri, Landw. Vers.stat., 28, 111 (1882); Ber. chem. Ges., J5, 2383 (1882); Landw. Jahrb., 12, 909 (1884). — 10) Lippmann, Ber. chem. Ges., 29, 2645 (1896). — 11) H. W. Bresler, Ztsch. physiol. Chem., 41, 635 (1904). § 3. Die Eiweißbildung in unterirdischen Speiclierorganen. 283 gleichen, wo auch über Vorkommen von Heteroxanthin im Rübensafte be- richtet wird. HinsichtUch der Isolierung des Adenins sei auf die Mitteilung von Stoltzenberg (1 ) verwiesen. Das Vernin aus Melasse haben Schulze und Trier (2) in einer eigenen Untersuchung als mit dem Guanin-d-Ribosid oder Guanosin identisch erkannt. Das in der Rübe von Smolenski kon- statierte Allantoin ist sodann noch von Titherley und Coppin (3) im Wurzelstock des Symphytum off icinale entdeckt worden, wo es 0,6—0,8% des lufttrockenen Materiales bildet. In anderen Symphytum- Arten fand es VoGL (4) nicht. Am meisten Allantoin wurde im Hochsommer angetroffen, am wenigsten im Frühjalir. Stieger fand die Substanz noch in einigen anderen Boragaceen auf: Anchusa, Borago, sowie in den oberirdischen Teilen der Labiate Stachy? silvatica und in den Wurzeln der Mirabilis Jalapa. Auch in den Wurzeln von Phaseolus multiflorus ist Allantoin nach- gewiesen (5). Über die Verhältnisse des Eiweißphosphors in Knollen hat Umikoff (6) Mitteilungen gemacht. Von dem Gesamt-P der Kartoffelknolle entfallen nach diesem Autor in Prozenten auf den Eiweiß-P 60%, auf inorganische Phosphate 34%, auf Lecithin-P 6%, ähnlich wie bei Samen. § 3. Die Eiweißbildung in unterirdischen Speicherorganen. Während des Vegetationsganges perennierender Speicherorgane schreiten wohl stets Eiweißbildung und Eiweißspaltung ebenso nebenein- ander her, wie Bildung und Lösung von Stärke. Anwachsen des Eiweiß- gehaltes ist nur der Ausdruck des Überwiegens der Eiweißbildung bzw. Eiweißregeneration über den Eiweißverbrauch, ein Verhältnis, welches beim Heranwachsen jugendlicher Knollen und Rhizome maximale Werte erreicht. Einige Daten über die Zunahme des Eiweißgehaltes während der Ausbildung der Kartoffelknollen hat Hungerbühler (7) gehefert, aus denen auch zugleich hervorgeht, wie der Gehalt an nichteiweißartigen N- Verbin- dungen, wohl der Hauptsache nach Aminosäuren, gleichzeitig ansteigt. Die Knollen enthielten am: 23. Juni 30. Juni 7. Juli an Trockensubstanz 17,03 20,30 19,15 hiervon in Proz. Gesamt-N 1,27 K50 1,44 5s Eiweiß-N 0,901 0,966 0,845 -Sg Nichtprotein-N . . . 0,369 0,534 0,595 c -2 0) CO Yom Gesamt-N betrug in Proz. 11 der Eiweiß-N 70,9 64,4 58,7 i-l Nichteiweiß-N . . . 29,1 35,6 41,3 Ä-n Zucker vor Inversion . 6,4 0,33 0,62 ^£ nach Inversion . _ 4,50 4,69 Stärke 56,70 61,30 66,30 Über die Eiweißregeneration in den Trieben auskeimender Speicher- organe wurde in den Arbeiten von Zaleski, Prianischnikow und Iwanow berichtet (8). 1) H. Stoltzenberg, Ztsch. Ver. dtsch. Zuck. Ind.. 62, 318 (1912). — 2) E. Schulze u. G. Trieb, Ztsch. physiol. Chem., 76, 145 (1911). Vgl. auch K. Smolenski, Zentr. Ver. dtsch. Zuck.Ind. (1910), p. 1215; F. Ehrlich, Abder- haldens Handb., 7, 94 (1913). — 3) A. W. Titherley u. N. G. Coppin, Pharm. Journ. (4), 34, 92 (1911). — 4) A. Vogl, Pharm. Post, 5^, 181 (1918). — 5) Fr. B. Power u. Salway, Pharm. Journ. (4), j6, 550 (1913). — 6) Umikoff, zit. bei Zaleski, Ber. bot. Ges., 20, 427 (1902). — 7) F. Hungerbühler, Landw. Vcrs.stat., 32, 381 (1885). — 8) W. Zaleski, Ber. bot. Ges., 16, 146 (1898); 19, 331 (1901). Bot. Zentr., S7, 277 (1901); Prianischnikow, Ber. bot. .Ges., 17, 151 (1899); L. Iwanow, Landw. Vers.stat., 55, '?8 (1901). 284 Einundvierzigßtes Kapitel : Der Eiweißstoffwechsel unterirdischer Speicherorgane. In seiner ersten Mitteilung illustrierte Zaleski die Eiweißregeneration beim Austreiben der Zwiebeln von Allium Cepa im Dunklen durch die nachstehenden Zahlen. Hier ist die Eiweißzersetzung bei der Keimung nicht so intensiv, als daß sie leicht untersucht werden könnte, jedoch die Regeneration sehr lebhaft. 10 Zwiebeln hatten ein Frischgewicht von 43,5 g. Die angewendeten Zwiebeln hatten ungekeimt nach 28tägiger nach Sltägiger K an Trockengewicht . . 5,82460 5,06450 4,77610 Gesamtstickstoff . . . 0,16136 0,16019 0,15950 Eiweißstickstoff . . . 0,05166 0,08104 0,08377 Phosphorwolframfäll. -N 0,02525 0,02094 0,02442 Asparaginstickstoff . . 0,01006 0,01552 0,01628 vom Gesamt-N waren Eiweiß-N in Proz 32,0 50,5 52,5 In zwei anderen Versuchen war der Eiweißgehalt von 40,9% auf 59,8% und von 49,6% auf 60,9% vermehrt worden. In den Experimenten von Prianischnikow war der Gehalt an Eiweiß-N in Prozenten des Gesamt-N während des Austreibens von Allium Cepa binnen 42 Tagen von 33,3% aut 65,4 % gestiegen. Zaleski hat auch darauf aufmerksam gemacht, daß während der Winterruhe des nicht treibenden Organs der Eiweißgehalt allmähhch heranwächst, so daß vom Gesamt-N der Küchenzwiebel im September bis Januar 32—33% Eiweiß-N sind, während von März bis Mai über 50% an Eiweiß-N gefunden werden. Damit wird die oben geäußerte Anschauung, daß in den perennierenden Speicherorganen Anwachsen des Eiweißgehaltes nur ein Überwiegen nicht verbrauchter Materialien bedeutet, und der je- weilige Eiweißgehalt die Resultante zwischen Bildung und Verbrauch darstellt, durch ein weiteres Beispiel erläutert. Durch Zerschneiden der Organe und Herbeiführung eines Wundreizes läßt sich nach Zaleski der Eiweißregenerationsprozeß bedeutend beschleu- nigen, so daß die in Stücke zerteilten Knollen und Wurzeln um 10% und mehr an Eiweiß-N enthalten (1 ). Sauerstoffzutritt ist nach Zaleski unbedingt nötig, damit Eiweißregeneration eintritt, wobei es sich aber wohl nur um indirekte Einflüsse handeln kann. Der Gehalt an Asparagin verändert sich während der Eiweißregeneration nicht wesentlich, so daß es unwahrschein- lich wird, daß dieser Stoff das direkte Material zur Eiweißsynthese darstellt. Iwanow fand an einigen Untersuchungsobjekten gleichfalls ausgeprägte Zunahme der Eiweißstoffe beim Austreiben im Dunklen, während in anderen Speicherorganen augenscheinlich wegen des Überwiegens des Eiweißzerfalles in den untersuchten Keimungsstadien ein Plus an Eiweiß-N im Resultate nicht zum Ausdruck kam. Aus Parallelbestimmungen des N und P im Ver- laufe des Austreibens von Zwiebeln wollten Iwanow und Kowschoff (2) den Schluß ableiten, daß dabei auch die Nucleoproteide eine starke quanti- tative Vermehrung erfahren. Daß aber die Methoden nicht ausreichen, um die von diesen Autoren abgeleiteten Folgerungen zu ziehen, hat Zaleski (3) gezeigt. Doch ist zuzugeben, daß eine Vermehrung der Nucleinsäuren mit der Eiweißvermehrung und dem Wachstum der Pflanze zweifellos anzunehmen sein wird. Von mehreren Seiten ist auch für die unterirdischen Speicherorgane die Anschauung, daß die Aminosäuren eine Vorstufe der Eiweißregeneration 1) Dasselbe fand Hettlinger, Rev. g6n. Botan., 13, 248 (1901). — 2) J. Kov- scHOFF, Ber. bot. Ges., 21, 165 (1903); Rev. gen. Bot., 14, 449 (1902). — 3) W. Zaleski, Ber. bot. Ges., 25, 360 (1907). Zweiundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel in Knospen und Laubtrieben. 285 darstellen, gestützt worden (1). Zaleski und Shatkin (2) zeigten, daß der Eiweißaufbau in den Zwiebeln von Allium Cepa nur auf Kosten der Aminosäuren vor sich geht und der Amid-N dabei unverändert bleibt. Zweiundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel in Knospen und Laubtrieben. § !• Reserveproteide. Bei dem gänzlichen Mangel an eingehenden systematischen Unter- suchungen auf diesem Gebiete läßt sich nichts allgemein gültiges be- richten. Gelegentliche Beobachtungen (3) lassen mich schließen, daß in Zweigen und Ästen während der Winterruhe mitunter erhebliche Mengen von Reserveeiweiß vorkommen. Die Leptomstrahlen sind bei Comus sanguinea, Corylus Avellana, Ribes rubrum der hauptsächUche Sitz der Eiweißvorräte, während bei Alnus glutinosa, Populus tremula, Lycium barbarum, Kumulus lupulus anscheinend die Parenchymlängszüge im Leptom als proteinführend hervortreten. Auch hier dienen Aleuronkörner der Eiweißspeicherung. Chemische Untersuchungen dieser Reserveproteide aus holzigen Zweigen fehlen noch ganz. Da man mitunter, z. B. bei Alnus, schön rote Biuretreaktion beobachtet, so darf man daran denken, daß auch hier phytoglobulinartige Proteine, bei denen dieses Verhalten öfter vorkommt, gespeichert werden. Die Knospen enthalten, wie auch Suzuki (4) fand, selbst meist weniger Reserveproteide als die Zweigrinde im Leptomteil. Quantitative Angaben sind in der Literatur nur sehr spärlich zu finden. Nach Kellner (5) enthalten die Schößlinge japanischer Bambusen 12,21 % der Trockensubstanz an Reserveprotein, Sorghum saccharatum 12,34 %• Zuckerrohr enthält nach König im Mittel 6,08% „Rohprotein" in der Trockensubstanz. Im Marke der Palme Medemia nobilis fand Gallerand (6) 10,5 % Eiweiß. Für die Rinde von Sarcocephalus esculentus gaben Heckel und Schlagdenhauffen (7) 10,05 % Rohprotein an. Die Rinde der Rhamnacee Colübrina reclinata enthielt in Analysen von Elbome (8) bei 6,3 7o Wassergehalt 6 % Eiweiß, und frische Stammrinde von Johannesia princeps (Euphorbiaceae) nach Peckolt(9) bei 40% Wassergehalt 0,25% Eiweiß, während die Wurzelrinde bei 56,25% Wassergehalt 0,37% Eiweiß aufwies. Bei Milchsaft führenden Pflanzen wird man zu berück- sichtigen haben, daß auch der Latex proteinhaltig ist (10). 1) Vgl. J. A. Le Clerc, Landw.-Vers.stat, 59, 27 (1903). — 2) W. Z.\leski u. W. Shatkin, Biochem. Ztsch., 55, 72 (1913). — 3) F. Czapek, Sitz.ber. Wien. Akad. Math.nat. Kl., 106, März 1897, p. 137. Über Eiweißkrystalle in verdunkelten Kartoffelpflanzen vgl. Hubert, Österr. bot. Ztsch., 64, 273 (1914). — 4) U. Suzuki. Bull. Coli. Agric. Tokyo, 3, 253 (1897). — 5) 0. Kellner, Jahresber. Agric. Cham. (1886), p. 357. — 6) R. Gallerand, Compt. rend., 138, 1120 (1904). — 7) IIeckel u. Schlagdenhauffen, Justs Jahresber. (1885), I, 88. — 8) Elbome, Ebenda, p. 77. — 9) Th. Peckolt, Ber. pharm. Ges., 15, 183 (1905). — 10) Protein in Kautschuk: D. Spence, Journ. Inst. Conim. Research in the Tropics 1907, Journ. Repr., Nr. 13. Das krystall. Protein a. d. Milchsaft von Antiaris toxicaria: Osborne, Abderhaldens biochem. Handlex., 9, 11 (1915). 286 Zweiundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel in Knospen und Laubtrieben. Analytische Untersuchungen über die Reserveproteide in der Zweig- rinde unserer einheimischen Holzgewächse fehlen noch ganz und wären sehr erwünscht. Der Stickstoffgehalt älterer Baumrinden beträgt nach CoüNCLER(l) im Maximum für Quercus palustris 1,024 7o, im Minimum bei Alnus 1,07 7(,. Über den Stickstoff gehalt des Holzes und der Streu- materialien des Waldes hat Schröder (2) Angaben gemacht, welche jedoch in Hinblick auf ganz verschiedene praktische Gesichtspunkte eruiert worden sind. Resorption der Reserveproteide aus Baumzweigen. Beim Austreiben der Knospen pflegt der Eiweißvorrat im Leptom der Zweigrinden sehr stark vermindert zu werden. Für Rhus elegans fand Desbarres(3) bei der Untersuchung im Winter und Frühjahr im Winter 72,16 Vo Trockensubstanz und 9,42% Eiweiß im Frühling 66,70 7o » » 2,25 7o . Für Acer platanoides gab Schröder (4) von der Zeit des Beginnes der Knospenentfaltung am 5. April bis zur völligen Blattentwicklung am 18. Mai eine Verminderung des N-Gehaltes der Zweige um 26% der ursprünglichen Menge an. Pässler (5) fand während der Triebentwick- lung der Rotbuche eine Eiweißabnahme von 30— öO^/o- Für den Kirsch- baum in Japan fand Aoyama (6) gegenüber dem Proteingehalte der Rinde im Winter eine Abnahme von 37,16% ii» Frühling. Über die Fermente des Eiweißstoffwechsels in Sprossen ist noch sehr wenig bekannt. Die ausführlichsten Angaben sind jene von Kato (7) über die in Bambooschößlingen vorkommenden Enzyme. Es ließ sich hier nach- weisen: ein fibrinlösendes Enzym; eine Nuclease, die thymusnucleinsaures Natron und mykonucleinsaures Natron unter Bildung von Phosphorsäure und Purinbasen spaltet, ferner Urease urid eine Desamidase, welche As- paragin angriff, jedoch nicht Glykokoll. Erwähnt sei dann die Auffindung von Labferment im Leptom der Zweige von Evonymus durch Col und Gerber (8), ein sehr basiphiles Enzym mit dem Temperaturoptimum bei 90". Die im Milchsaft vorhandenen Enzyme sollen an anderer Stelle zu- sammenfassend behandelt werden. Dazu gehört auch das Papayaferment, das nach Vines (9) wahrscheinhch aus einem Pepton bildenden und einem ereptischen Enzym formiert sein dürfte. Besonders durch die Arbeiten von Borodin (10) ist es bekannt ge- worden, daß mit der Eiweißmobilisierung in den Zweigen ein sehr reich- 1) C. CouNCLER, Ztsch. Forst- u. Jagdwes. (1883), p. 100. —2) J. Schröder, Allg. Forst- u. Jagdzeit. (1877), p. 221. — 3) Desbarres, Biedermanns Zentr. (1879), p. 946. — 4) J. Schröder. Justs bot. Jahresber. (1878), I, 568. — 5) J. Pässler, Tharander forstl. Jahrb., 43, 63 (1893). — 6) G. Aoyama, Bot. Zentr., 71, 368 (1897). Blatt- u. „Fruchtknospen" von Prunus: Manaresi u. Tone- GUTTi, Staz. sper. agr. ital., 47, 158 (1914). Entwicklung der Knospen der Roß- kastanie: G. Andre, Compt. rend., 158, 1517 (1914). Analysen von Palmensaft: Browning u. Symons, Journ. Soc. Chem. Ind., 35, 1138 (1916). Bachilli, Ann. di chim. appL, 3, 101 (1015). — 7) K. Kato, Ztsch. physiol. Chem., 75, 456 (1911). Peptolytisches Enzym in Medicago: Jacobson u. Holmes, Journ. Amer. Chem. Soc, 36, 2170 (1914). In Nicotiana: Traetta MoscA,JGazz. chim. ital., 43, II, 445 (1913). Bei blühreifen Pflanzen ist nach Fisher, Biochem. Journ., 13, 124 (1919) die proteolytische Wirksamkeit am stärksten. — 8) Col u. Gerber, Soc. Biol., 67, 869 (1909). — 9) S. H. Vines, Ann. of Botan., 23, 1 (1909)1 — 10) J. Borodin» Botan. Ztg. (1878), p. 801. § 2. Resorption der Reserveproteide aus Baumzweigen. 287 liebes Auftreten von Aminosäuren verbunden ist. Von diesen Aminosäuren kennt man jedoch nocb nicht viele. Asparagin wurde in Knospen und Zweigen allgemein verbreitet vorgefunden (1). Im Hopfen wies es Bun- gener (2) nach. Borodin zeigte auch bereits, daß das Asparagin in ver- dunkelten austreibenden Baumzweigen sich in ähnlicher Weise anhäuft, wie in etiolierten Keimpflanzen. Monteverde (3) ergänzte diese Erfaiirungen durch den Nachweis, daß man durch Einstellen der Zweige in Lösungen von Traubenzucker, Mannit oder Rohrzucker diese Asparaginanhäufung verhindern kann. Glycerin war nach dieser Richtung unwirksam. Die Analogie mit Keimpflanzen ist demnach unbestritten vorhanden, und es läßt sich, wenn auch spezielle Untersuchungen für Zweige noch abzuwarten sind, voraussehen, daß auch hier die Asparaginbildung als sekundärer Pro- zeß anzusehen ist. Borodins Meinung, daß das Asparagin sich einfach mit Kohlenhydraten vereinigend Eiweiß liefere, ist in dieser Form nicht auf- recht zu erhalten. Glutamin wurde von Schulze (4) in zahlreichen austreibenden Sprossen gefunden, scheint jedoch für die eigentlichen Holzpflanzen noch nicht nachgewiesen zu sein. Leucin gab Schulze (5) für die Knospen der Roßkastanie an. Shibata (6) fand viel Tyrosin in den rasch wachsenden Schößlingen der japanischen Bambusen. Aus einer der letzteren, der Sasa paniculata, stellte Miyake (7) pro 30 kg Prischsubstanz von Schößlingen 1,5 g Tyrosin und 1,0 g Asparagin her. Erwähnt sei noch der Nachweis von Schulze und Kisser (8), daß bei der Asparaginbildung in Zweigen Eiweiß verbraucht wird, wodurch die Erfahrungen von Borodin ergänzt werden. Diaminosäuren sind bisher in Zweigen als Eiweißstoffwechsel- produkte noch nicht nachgewiesen. Der von Orloff (9) in Fichtensprossen gefundene mit Phosphorwolframsäure fällbare Stoff soll mit Arginin nicht identisch sein, und wäre noch näher zu untersuchen. Winterstein und Huber (10) bemühten sich, den die Methylmercap- tanausscheidung durch den Harn nach Spargelgenuß verursachenden Stoff der Spargelschößlinge zu eruieren. Sie halten die Substanz für ein schwefel- reiches Pepton. Ein merkwürdiger Befund in der Rinde verschiedener Leguminosen ist ein Methyltyrosin, welches nach den Sicherstellungen von Gold- schmiedt (11) an der Substanz aus Krameria triandra, wo sie als Ratanhin bezeichnet wurde (12), mit /?-p-Oxvphenyl-a-methylaminopropionsäure identisch ist: (4) (OH) • C6H4 • CHg qCHgNHj) • COOH. Das Surinamin oder Geoffroyin (13) und das Andirin(14) aus der Rinde von Andira- Arten 1) W. Pfeffer, Jahrb. wiss. Bot., 8; Schulze u. Barbieri, Journ. prakt. ehem., 25, 145 (1882); Schulze u. Bosshard, Ztsch. physiol. Chem., 11, 420 (1886). Borodin, 1. c. — 2) H. Bungener, Justs Jahresber. (1885), I, 70. — 3) N. Monte- verde, Arb. Petersb. Nat.forsch. Ver. (1889), p. 28, 43. Botan. Zcntr. (1891), Nr. 12. — 4) E. Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 20, 327 (1894). Ber. ehem. Ges., 29, 1882 (1896). — 5) E. Schulze, 1. c. — 6) Shibata, Journ. Coli. Sei. Tokyo, 13, 329 (1900). — 7) K. Miyake, Journ. Coli. Agr. Un. Sapporo (1911), IV, 261. — 8) E. Schulze u. Kisser, Landw. Jahrb., 17, 701; Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 24, 18 (1897). — 9) N. A. Orloff, Botan. Zentr., 75, 77 (1898). — 10) E. Winterstein u. P. Huber, Ztsch. Unt. Nähr. Gen. mittel, 7, 721 (1904). Vgl. jedoch Winterstein, Ebenda, 9, 411 (1905). — 11) G. Goldschmiedt, Monatsh. Chem., 34, 659 (1913); 33, 1379 (1912). — 12) Rüge. Jahresber. Chem. (1862), p. 493. — 13) Hüttenschmidt, Geig. Mag. Pharm., 7, 287 (1824). H. Blau, Ztsch. physiol. Chem., 58, 153 (1918). Winterstein, Ebenda, 105, 20 (1919). — 14) 0. Hiller-Bombien, Arch. Pharm., 230, 513 (1893). Winckler, Pharm. Zentr. (1840), p. 120. Chem. Zentr. (1869), p. 394; (1870), p. 281. 288 Zweiundvierzigstes Kapitel : Der Eiweißstoffwechsel in Knospen und Laubtrieben. (Voucapoua Aubl.), ferner das Angelin (1) aus dem Splintholze der Fer- reirea spectabilis Allem, sind damit identisch. Methyltyrosin gibt die Re- aktionen von PiRiA und Millon wie Tyrosin. Die physiologische Rolle der Substanz ist nicht bekannt. In verschiedenen Loranthaceen: Phoradendron flavescens, Viscum album u. a. wurde p-Oxyphenyläthylamin nachgewiesen (2), das offenbar in den Tyrosinstoffwechsel hineingehört. Inwieweit das reichliche Vorkommen von Cyanwasserstoff in manchen Holzpflanzen, wie der javanischen Flacourtiacee Pangium edule, aber auch vieler krautiger Pflanzen, wie Phaseolus lunatus und anderer, worauf noch weiter unten einzugehen sein wird, mit dem Eiweißstoffwechsel in Verbindung zu bringen ist, bleibt noch aufzuklären. Die Triebspitzen des Pangium ent- halten nach Treub (3) viel CNH und wenig Eiweiß. Auch stellte sich ein Abhängigkeitsverhältnis zwischen der CNH-Menge und der Darreichung von Kohlenhydraten und Nitrat heraus. Ob nun, wie Treub annimmt, die CNH immer eine Vorstufe der Eiweißbildung ist, oder ob CNH auch im Eiweiß- zerfall auftreten kann, muß noch entschieden werden, was angesichts der geringen Beziehungen dieser Erscheinung zu den sonst bekannten Tatsachen des Eiweißstoffwechsels keine leichte Aufgabe darstellt. Hinsichtlich des Nucleinstoff wechseis ist zu erwähnen, daß kleine Mengen von Xanthin, Hypoxanthin und Guanin durch Schulze und Boss- HARD in Rinden und Laubsprossen nachgewiesen worden sind. Shorey (4) fand Guanin im Zuckerrohrsafte auf. Aus 30 kg frischer Bambooschößlinge von Sasa paniculata isolierte Miyake (5) 0,095 g Xanthin, 0,06 g Hypo- xanthin, 0,09 g Adenin und 0,031 g Guanin. Auch Totani (6) gewann Adenin, Cholin und Betain aus Bambooschößlingen. In den Schößlingen der Aralia cordata fand Miyake Guanin und Xanthin, nicht aber Adenin und Hypoxanthin (7), AUantoin ist wiederholt in Zweigrinden und Knospen konstatiert worden. Schulze und Barbieri (8) erhielten aus jungen Platanentrieben 0,5—1,0% an AUantoin. Analytisch verhält sich Allantoin dem Asparagin ähnlich, und wurde mit demselben aus dem Wasserextrakte erhalten nach Fällung mit Bleiacetat und Einengen des vom Blei befreiten Filtrates. Zur Trennung vom Asparagin wurde die Fällung des letzteren als schwer- lösliche Kupferverbindung benutzt. Auch die Zweige verschiedener Acer- Arten und die Rinde von Aesculus Hippocastanum lieferten Allantoin. Später hat Thoms (9) erkannt, daß der in Rinde und Blättern von Cordia excelsa vorkommende, von Peckolt als „Cordianin" bezeichnete Stoff ebenfalls mit Allantoin identisch ist. Die Blätter der Cordia excelsa lieferten 0,266%, die Rinde 0,788% Allantoin. Auch Cordia atrofusca Taub, erwies sich als Allantoin fülxrende Pflanze. So schließen sich die Cordiaceen den krautigen Formen der Boragaceen in bezug auf den Allantoingehalt an. 1) Th. Peckolt, Ztsch. österr. Apoth.Ver. (1868), p.. 518. W. Gintl, Wien. Akad., 58, 443. — 2) Crawford u. Watanabe, Journ. Biol. Chem.,J9, 303 (1914) 24, 169 (1916). Ostenberg, Proc. Soc. Exp. Biol., 12, 174 (1915). — 3) M. Treub Ann. Jard. Bot. Buitenzorg, 13, l (1895); 19, 86 (1904). — 4) E. C. Shorey, Journ. Amer. Cham. Soc, 21, 609 (1899). — 5) K. Miyake, Journ.. Coli. Agr. Univ Sapporo, IV, 261 (1911). — 6) G. Totani, Ztsch. physiol. Chem., 62, 113 (1909) 70, 388 (1910). — 7) Miyake, Journ. Biol. Chem., 21, 507 (1915). — 8) Schulze u. BARBfERi, Ber. chem. Ges., 14, 1602 (1881); Journ. prakt. Chem., 25, 145 (1882) Ztsch. physiol. Chem., 11, 420 (1886). Landw. Jahrb., 21, 105 (1892). Schulze u BossHARD, ztsch. physiol. Chem., 9, 420 (1886). — 9) H. Thoms, Verh. Ges Nutmi. Hamburg (1901), II, (2), 629. Ber. pharm. Ges., 12, 140 (1902). Dreiundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Pollenzellen. 289 Dreiundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Polleiizellen. Die vorhandenen Kenntnisse beschränken sich auf einige analytische Ergebnisse hinsichtlich Eiweißgehalt, Aminostoffe und Nucleinbasen. Der reichliche Proteingehalt reifer Pollenkörner war schon älteren Beobachtern, wie Fourceoy und Vauquelin(I) am Pollen von Phoenix dactylifera, Link, John uild Braconnot (2) aufgefallen. In neuerer Zeit wurde der Proteingehalt von Pollen wiederholt bestimmt; der Literatur seien die nachstehenden Daten entnommen: Pinus silvestris 16,56 % Eiweiß nach Planta (3), Pinus silvestris 15,87 % ,, nach Kresling (4), Corylus Avellana .... 30,06 % „ nach Planta 1. c. Beta vulgaris 16,90% ,, nach A. Stift (5), Ambrosia artemisiifolia . 24,40% ,, nach Heyl (6), Vom Kiefernpollen wurde ein phytoglobuhnartiger Eiweißstoff an- gegeben, außerdem Pepton (7). Der Gehalt an wasserlöslichem, durch Tannin fällbarem Eiweiß betrug 1,61 %. Nach Behandlung mit verdünnter HCl und NaOH ergab sich eine weitere Tanninfällung von 1,595%. Nach Stift entfallen auf die 3,6% Gesamt-N der Trockensubstanz des Zucker- rübenpollens 2,6% auf Eiweiß-N, 0,12% auf Ammoniak-N, 0,4% auf Monamino-N. Asparagin und Glutamin wurden vergeblich gesucht (8). Vom Eiweiß des Ambrosia-Pollens war 7,5% mit verdünntem Alkali ex- trahierbar, und 5% mit 10%iger Salzlösung. Die Hydrolyse ergab (auf Pollen berechnet) 2,13% Arginin, 2,41% Histidin, 0,57% Cystin und 0,97% Lysin. Auffällig ist der hohe Gehalt an Histidin. Das Hauptproteid ist ein Glutelin, welches von 1,1% eines Albumins und bis 3% Proteosen begleitet wird. In allen Fällen ließen sich Nucleinbasen nachweisen. Planta erhielt aus Coryluspollen 0,15%, aus Pinuspollen 0,04% Hypoxanthin und Guanin. Kresling fand im Kiefernpollen 0,015% Xanthin, 0,021% Guanin und 0,085% Hypoxanthin. Die genannten Untersucher erhielten ferner eine kleine Menge von Guanosin (Vernin) aus Corylus und Pinuspollen. Wahr- scheinUch ist auch Adenin nach den Befunden von Schulze und Planta anzunehmen, da vielleicht während der Präparation durch Enzymwirkung Hypoxanthin und Xanthin aus den präexistenten Guanin und Adenin her- vorgehen. Über die Besorption der Keserveproteide bei Austreiben der Pollen- schläuche ist keine Untersuchung vorhanden. 1) FouRCROY u. Vauquelin, Gilb. Ann., 15, 298 (1803). — 2) Link vgl. Davy, Elem. d. Agric. Chem. (1814), p. 163. John, Schweigg. Journ., 12, 244 (1814). H. Braconnot, Ann. Chim. et Phys. (2), 42, 91 (1829). — 3) A. v. Planta, Landw. Vers.stat., 32, 215 (1886). — 4) K. Kresling, Arch. Pharm., 22g, 389 (1891). — 5) A. Stift, Botan. Zentr., 88, 105 (1901). — 6) Fr. W. Heyl, Journ. Amer. Chem. Soc, jp, 1470 (1917); 41, 670 (1919). Koessler, Journ. biol. Chem., 35, 416(1918). —7) A. v. Planta, Landw. Vers.stat., jj, 97 (1884). — 8) E. Schulze u. Planta, Ztsch. physiol. Chem., 10, 326 (1886). Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., IL Bd. 19 290 Vierundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel von Früchten. Vierundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel von Früchten. In Ermangelung systematischer Arbeiten auf diesem Gebiete haben wir uns darauf zu beschränken, die wenigen analytischen Daten, die in der Literatur vorhanden sind, geordnet anzuführen. Rohprotein in Prozenten der Trockensubstanz wurde gefunden bei: Apfel 2,32% Erdbeere 4,63% Birne 1,94% Heidelbeere 3,60% Zwetsche 4,06% Feige 5,75% Pfirsich 2,89% Solanum melongena . 19,83% Aprikose 2,84% Mespilus germanica . 2,62% Kirsche 3,45 % Capsicum annuum . . 12,29 % Weintraube 2,97% Wassergehalt Eiweiß Berberis 74,67% 0,51% Musa sapientum . . . . 14,90% 12,90% Phoenix dactylifera . . 16,68% 2,46% Japanische Orangen (1 ) . 12, 16 % 5,27 % Maclura pomifera, Trockensubstanz . . 17,56 % Eiweiß Anona cherimolia, Trockensubstanz . . 10,55 % „ Smilax rotundifolia, Trockensubstanz . 1,12% „ Arbutus Unedo (68,64% Wassergehalt) 0,14% N Asparagus officinalis 1,56 % „ Arctostaphylos uva ursi 0,64 % „ Cucumis sativus, Trockensubstanz (2) . 18,12 % Eiweiß Von Bananenmehl gibt Schellmann (3) folgende Zahlen: Muster aus Afrika 19,64 % Wasser und 3,69 bzw. 4,41 % Protein Muster aus Indien 12,63 % Wasser und 4,25 bzw. 4,79 % Protein. Im Citronensafte wies Funk (4) auch Purinbasen und Pyrimidinbasen sowie Cholin nach. Die in Früchten vorkommenden proteolytischen Enzyme stehen wahr- scheinhch im Dienste der Eiweißumsetzung. In reifenden Bananen ist nach Tallarico (5) Protease nachzuweisen, die bei der Reife verschwindet. Die Protease aus Weintrauben hat sich nicht bestätigt (6). Andere Enzyme aus Früchten, wie das Papain und die Labfermente sind schon erwähnt worden. Ghymosin enthält auch die Frucht von Solanum elaeagnifolium (7). Über die Aminosäuren in unreifen Früchten bestehen nur vereinzelte Angaben. So fand Huber (8) in unreifen Birnen 0,45 — 0,1% an Asparagin, und in 1) R. Bahadur, BuU. Coli. Agr. Tokyo, 7, 121 (1906). — 2) Mc Hargue, Journ. Ind. Eng. Chem., 7, 612 (1915). Cutolo, Staz. sper. agr. ital, 48, 889 (1915). PoGERS, Chem. News, 114, 172 (1916). MohoröiÖ, Arch. Hyg., 86, 248 (1917). Hehner, Chem. News, 116, 296 (1917). Shippee, Ebenda, 117. 254 (1918). Rubner, Arch. An. Physiol. 1916, p. 161. — 3) W. Schell mann, Der Pflanzer, 2, 353 (1906). — 4) C. Funk, Biochem. Journ., 7, 81 (1913). — 5) G. Tallarico, Arch. Farm. Sper., 7, 27 (1908). — 6) Pantanelli, Zentr. Bakt., II, 42, 480 (1914). Marras, Ebenda, 43, 641 (1915). — 7) Bodanky, Journ. Biol. Chem., 27, 103 (1916). — 8) P. Huber, Schweiz. Woch.scbr. Chem. u. Pharm., 47, 401 (1909). Fünfundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Laubblätter. 291 jüngeren Stadien noch mehr davon, während im Safte reifer Früchte As- paragin nicht mehr nachzuweisen war. Im Safte reifender Früchte von Citrus aurantium kommt nach Scurti und de Plato sowohl Asparagin als Glutamin vor (1). Hinsichtlich der Fruchtreifung bieten die Untersuchungen von Schellenberg (2) an Phaseolus Interesse. Die innere Partie der Hülse speichert stark im Zellsaft gelöste Amide, worunter Asparagin und Allantoin nachgewiesen wurden, in der äußeren Schicht der Hülse wird besonders Stärke gefunden. Die Fruchtreife der Tomate hat Settim j (3) verfolgt. Der Gesamt- N vermindert sich allmählich bei der Reifung, die Menge des unlöslichen N noch weit erhebhcher. Einer Untersuchung bedarf auch noch die Beziehung der Blüten- und Fruchtbildung zur Stickstoffversorgung. 0. LoEW (4) gab an, daß zu reich- liche Stickstoffzufuhr die Blütenbildung verzögere. Asparagin soll weniger verzögern als Ammoniumsalze. Plötzhche Stickstoffentziehung soll zu Blütenbildung und Fructification anregen. Fünfundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Laubblätter. § 1- Die Proteinsubstanzen der Laubblätter. Resorptionsvorgänge. Das Studium der Eiweißstoffe in den Laubblättern in Angriff zu nehmen, ist gewiß eine der dringendsten Aufgaben in der chemischen Physiologie. Eine Mitteilung von Winterstein (5) läßt entnehmen, daß man aus Laubblättern, ähnlich wie bei höheren Pilzen, nicht direkt durch Extraktion zu solchen Mengen von Eiweißpräparaten gelangt, wie man sie nach dem hohen Stickstoffgehalt der Laubblätter erwarten dürfte. Aus diesen Angaben läßt sich noch kein Schluß bezüglich der Natur der vorhandenen Proteinstoffe ableiten; erinnert sei nur an die Rolle von Lipoiden, die gegen enzymatische Einwirkungen, wie Biedermann (6) zeigte, Schutz gewähren, und ebenso bei Extraktionsversuchen wirken können. A. Meyer (7) hat die Eiweißstoffe der Chloroplasten eingehender mikrochemischer Untersuchung unterzogen und gezeigt, wie weitgehend dieselben den Lösungs- und Speicherungsvorgängen unterliegen. Er hält die Proteine der Laubblätter wesentlich für Reserve-Eiweiß. Aleuronkörner sind in Blattzellen nicht nachgewiesen. Die von PoLiTis (8) in Blattzellen von Coelogyne und Eria beobachteten Zell- 1) F. ScuRTi u. G. DE Plato, Ann. R. Staz. Chira. Agr. Sper. Roma (2), II (1908), p. 225. — 2) Schellenberg, Eer. Schweiz. Bot. Ges.,. 2^/25, p. XXV (1916). — 3) Settimj, Arch. farm. sper., 2a, 345 (1917). — 4) 0. I.oew, Flora, 93, 124 (1905). — 5) WiNTERSTEiiV, Bcr. bot. Ges., 19, 326 (1901). — 6) W. Biedermamn, Flora, 111/112, 560 (1918). — 7) A. Meyer, Ebenda. 11 1, 85 (1918); Ber. bot. Ges., 33, 373 (1916); J5, 653 (1917); 36, 508 (1918). — 8.) J. Pölitis, Atti Acc. Line. Roma (5), 20, 343 (1911). 19* 292 Füafundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoff.wechsel der Laubblätter. contenta, die Eiweiß- aber auch Tanninreaktionen geben, sind in ihrer Natur wie ältere ähnUche Befunde durchaus unklar, jedoch keinesfalls den Aieuronkörnern zu vergleichen. Dafür, daß Nucleine bei den Blättern eine besonders wichtige Rolle spielen, sprechen nicht einmal die gewöhnlichen analytischen Befunde (1). Zweifellos zeigen die vorhandenen Analysen, daß die Laubblätter in der Regel einen sehr hohen Stickstoffgehalt aufweisen. Daß die Blätter- besonders an Eiweißstoffen relativ sehr reich sind, folgt aus den Befunden von Uno (2), welcher aus verschiedenen Blättern das in Wasser lösliche und das beim Erhitzen koagulierbare Albumin bestimmte. Wenn man jedoch, wie es in den vorhandenen Analysen geschehen ist, aus dem N- Gehalt das Rohprotein durch Multiplikation mit dem Faktor 6,25 berechnet, so dürfte die Berechtigung hierzu nicht in allen Fällen die gleiche sein. Trennt man bei ausgewachsenen Blättörn Mesophyll und Blattnervensubstanz zur Analyse, so ergeben sich Werte von über 30% für den Gehalt der Blattrockensubstanz an Eiweiß. Dahlen (3) fand für Spinacia 33,06, für Petrosehnum sativum 24,46, Lactuca sativa Mesophyll 31,75% und Cichorium Endivia 38,77% Eiweiß. Dort, wo relativ viel Zellhautgerüst oder mineralische Einlagerungen vorhanden sind, wird der Eiweißgehalt natürlich entsprechend herabgedrückt erscheinen. Da die meisten Analysen überdies nicht das Lebensalter der Blätter berücksichtigen, so hat es wenig Wert hier eingehend die vorhandenen Analysen zu reproduzieren, die man überdies in der 1. Auflage des Buches, Bd. II, p. 202 zusammengestellt findet. Analysen vieler Zierpflanzen haben in neuerer Zeit Hebert und Truftaut veröffentlicht (4). Molisch (5) zeigte, daß man bei entfärbten Blättern sehr gut die Xanthoprotein- oder die Biuretprobe zum Vergleich des Eiweißgehaltes heranziehen kann.Die Reaktion kann nur durch Gegenwart phenolartiger Verbindungen in Blättern maskiert werden (6). Prüfung von panaschierten Blättern zeigt, daß die albicaten Teile sehr schwach reagieren (7). Es hat sich der prozentische und totale N- Gehalt auch bei grünen Blättern im Vergleich zu variegaten Formen höher ergeben (8). Schon die Blattentwicklung bedarf eines sehr hohen Aufwandes an Stickstoffverbindungen, so daß nach Ramann und Bauer (9) beim Aus- treiben der Knospen nicht selten über die Hälfte des Stickstoffvorrates in den jungen Trieben hinaufgeleitet wird, und eine Zeit hindurch Er- schöpfung an N-Verbindungen in den Zweigen herrscht. Wie zu erwarten, läßt sich aus jungen Blättern, wie Andre (10) bei Castanea erfuhr, ein sehr erheblicher Teil der Stickstoffverbindungeu mit Wasser auslaugen. Derselbe Forscher (11) führte an Blättern von Papaver und Pyrethrum aus, wie Wasser und Gesamt-N im Safte sich während des Vegetations- prozesses vermindern. Auch die älteren Arbeiten von Kellner (12) über die stofflichen. Veränderungen bei Teeblättern während der Lebensdauer eines Blattes zeigten, wie infolge des stetig wachsenden Gehaltes der Trockensubstanz an Rohfaser und Fett eine prozentuale Verarmung an 1) Vgl. z. B. G. Andre, Compt. rend., 142, 226(1906). — 2) H. Uno, Bull. Coli. Agric. Tokyo, 4, 391 (1902). — 3) Dahlen, Landw. Jahrb. (1874), p. 321. — 4) A. Hebert u. Geo. Truffaut, Bull. Soc. Chim. (4), 7, 31 (1910). — 5) Molisch, Ztsch. f. Bot.. 8, 124 (1916). — 6) Gertz, Bot. Notis. 1917, p. 1. — 7) G. Lakon, Biochem. Ztsch., 78, 145 (1916). — 8) M. Molliard, Bull. Soc. Bot., 59, 341 (1913). — 9) E. Ramann u. H. Bauer, Jahrb. wiss. Bot., 50, 67 (1911). — 10) G. Andre, Compt. rend., 155, 1528 (1912); 158, 1812 (1914). — 11) G. Andre, Ebenda, 142, 106 (1906). — 12) 0. Kellner, Landw. Vers.stat., jj, 370 (1887). § 1. Die Proteinsubßtanzen der Laubblätter. Reßorptionsvörgänge. 293 Eiweiß bis auf die Hälfte eintritt. Doch erwiesen sich die ausdauernden Theablätter gegen das Ende der Vegetationszeit noch immer viel protein- reicher als die Blätter unserer Laubbäume. Ähnliches berichtet Andre für die Blätter von Castanea vesca(l). Natürlich sind in bestimmten Fällen Verluste durch flüchtige Stickstoffverbindungen nicht ausge- schlossen (2). Dies betrifft besonders Cyanwasserstoff. Die Bestimmung des Stickstoffes in abgeworfenen Blättern ergab nicht immer niedere Zahlen, so daß man Zweifel hegt, ob man von einer „herbstlichen Entleerung und Stoffrückwanderung in Blättern" sprechen darf. MÖLLER (3) kam zur Ansicht, daß vor dem Laubfalle kein Rück- strömen N- haltiger Stoffe in den Stamm stattfindet. Emeis und LoGEs(4) haben an frisch abgefallenem Laub eine Reihe von N-Be- stimmungen angestellt und fanden in Prozenten der Trockensubstanz an „Rohprotein" : Salix alba . . . 16,74 «/o Carpinus Betulus . 7,57% Populus canescens ll,52 7o Quercus Robur . . 7,07% „ argentea. 12,51 7o Fagus silvatica . . 6,57% Betula alba . . 5,05 % Acer Pseudoplatanus 6,39 % Alnus glutinosa . 18,71 % Auch Stone und Fullenwidder (5) kamen bezüglich Acer zu ähnlichen Resultaten. B. Schulze (6) berichtete bezüglich Acer Negundo, daß im Ma.i der Rohproteingehalt des Laubes sich auf 27—28 %, später auf 25 — 23 % belaufe, und beim Blattfall 13 % der Trockensubstanz be- trage. Der Eiweiß-N bleibt fast konstant bis August und sinkt dann um die Hälfte. Der Gehalt an Nuclein beträgt im Mai 13%, im Sep- tember 30% des Eiweiß-N. Die Aminosäuren betragen im Mai 0,8 bis 0,9, im September 0,6%- Amid-N wird nur in den jüngsten Blättern in sehr geringer Menge mit 0,04% gefunden, der Ammoniak-N beträgt gleichmäßig 0,06 bis 0,08 %. Auch dieser Forscher behandelt die herbst- liche Entleerung der N-Substanzen mit Skepsis. Otto und Kooper(7) fanden den N-Gehalt der Blätter in den frühen Entwicklungsstadien am größten, und von da bis zum Absterben eine kontinuierhche Abnahme. Combes(8) kommt bezüglich des Schicksales der N-Substanzen im Laub- fälle zu keiner definitiven Ansicht. Fruhwirt und Zielstorff(9) sind für Humulus lupulus zur Annahme geneigt, daß tatsächlich eine herbst- liche Rückwanderung von N- Verbindungen stattfinde. Auch Swart(10) konstatierte, daß während der Verfärbung der Blätter, kurze Zeit vor dem Abfall, der Verlust an N und P recht bedeutend sein kann. Dies legen die Beobachtungen von Meyer (11) an vergilbenden Chloro- plasten nahe, die zweifellos eine beträchtliche Einbuße an Protein erleiden. So bedarf dieses Problem einer umfassenden kritischen Be- arbeitung. Die Möglichkeit eines ausgiebigen Rückströmens von N-Sub- 1) G. Andre, Compt. rend., 148, 1685 (1909). — 2) Vgl. E. Couperot, Journ. Pharm, et Chim. (6), 29, 100 (1909). — 3) A. Möller, Ztsch. Forst- u. Jagdwes., 44, 527 (1912). — 4) Emeis u. Loges, Justs Jahresber. (1884), I, 173. — 5) W. E. Stone u. J. S. Fullenwidder, Chcm. Zentr. (1893), II, 660. — 6) B. Schulze, Verb. Nat. Ges. (1904), II, /, 175. — 7) R. Otto u. W. D. Kooper, Landw. Jahrb., J9, 167 (1909). — 8) R. Combes, Rev. gf-n., Bot., 23, 129 (1911). — 9) C. Fruhwirth u. W. Zielstorff, Landw. Vers.st^it., 55, 9 (1901). — 10) N. Swart, Die Stoffwanderung in ableb. Blättern. Jena 1914. — 11) A. Meyer, Flora, lu, 86 (1918). 294 Fünfundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Laubblätter. Stanzen unter bestimmten Bedingungen und Voraussetzungen liegt vor, da der jeweils vorhandene Proteingehalt der Blätter bestimmt ist durch den Überschuß des im Laubblatte gebildeten Eiweißes über das ver- brauchte Protein, und die Eiweißbildung in herbstlichen Blättern wohl eine allmähliche starke Verminderung infolge des Rückganges der Assimi- lationstätigkeit erfahren wird(l). Im Anschluß daran führe ich Rördams Analysen von Zostera im Sommer und Winter an (2) Sommer Winter Zostera marina 1,53 Vo Gesamt-N 1,16 Vo Eiweiß-N 0,37 Vo Amid-N 6,96 Vo Protein 1,85 Vo Amide 2,57 Vo Gesamt-N 1,52 Vo Eiweiß-N 1,05 Vo Amid-N 9,12 Vo Protein 5,25 Vo Amide Z. angustifolia 1,52 Vo Gesamt-N 1,22 Vo Eiweiß-N 0,30 Vo Amid-N 7,32 Vo Protein 1,50 Vo Amide 2,23 Vo Gesamt-N 1,53% Eiweiß-N 0,70 Vo Amid-N 9,18 Vo Protein 3,50 Vo Amide Die Winterexemplare waren somit an Protein- und Amid-N reicher als Sommerpflanzen. Die Aminosäuren in Laubblättern sind erst in neuerer Zeit einiger- maßen beachtet worden. In analytischen Bestimmungen des Aminosäure-N mittels Formoltitration nach Sörensen fand Bailly(3) folgende Werte für Monamino-N in Proz. der Trockensubstanz: Blätter der weißen Rübe junge Tabakblätter . . Blüten von Nicotiana . . Kohlblätter Medicago sativa . . . Blätter von Daucus Carota „ „ Betula alba „ „ Taraxacum offic 0,507 0,42 0,272 0,886 0,35 0,28 0,144 0,3 Das Verhältnis von Protein-N zu Nichtprotein-N geht au.h aus den Daten hervor, die Pigorini(4) für Morusblätter gab: Morgens : Abends: Gesamt-N in Trockensubst. 2,445 Vo in Frischsubst. 0,772 Vo Protein-N „ 2,309 Vo ., 0,729 o/„ Nichtprotein-N „ 0,1 105 Vom 0,043 Vo Gesamt-N 2,534 Vo V 0,883 Vo Protein-N 2,368 Vo V 0,824 Vo Nichtprotein-N „ 0,]66Vo . 0,0590/0 1) Vgl. auch P. Serex jun., Journ. Amer. Chem. See, 39, 1286 (1917). — 2) K. RoRDAM, Jahresber. landw. Hochsch. Kopenhagen 1917, p. 107. — 3) 0. Bailly, Bull. Sei. Pharm., 18, 702 (1912). Aminosäurenbostimmung nach van Slyke, Grindley, Joseph u. Slater, Journ. Amer. Chem. Soc, 37, 1778 (1915); ebenda, p. 2762. Vgl. auch ebenda, j<5, 1425 (1916). — 4) L. Pigorini, R. Staz. bacolog. sper. Padova 1914. Für Diaspiskranke Morusblätter N- Verringerung: Atti Rfeal. Ist. Veneto di Sei., 73, II, 1913/14. § 1. Die Proteinsubstanzeu der Laubblätter. Resorptionsvorgänge. 295 In Blättern von Vitis vinifera wies Deleano(i). Glutamin nach, während Asparagin vermißt wurde. Auch Arginin und Histidin konnten nicht sichergestellt werden, ebensowenig Purinbasen. Hingegen konnte MiMURUT0(2) in den Blättern von Morus alba Asparagin und Adenin nachweisen. In Caltha palustris ließ sich sehr wenig Arginin und Spuren von Histidin nachweisen (3). Großen Reichtum an Asparagin kon- statierte MoLLiARD bei Blättergallen (4). Adenin wurde außer aus Morus- blättern von Yoshimura noch aus Theablättern sowie Blättern und Blüten von Chrysanthemum und Artemisia isoliert (5). Sehr bemerkenswert sind die Angaben von Fosse(6), wonach es möglich ist, bei Blättern der verschiedensten Pflanzen durch die Abscheidung mittels Xanthydrol ge- ringe Mengen von Harnstoff als Dixanthylharnstoff nachzuweisen. Hier- über wären noch eingehende Untersuchungen am Platze. Aus Kohl- köpfen gewann Yoshimura (7) pro 50 kg Frischsubstanz Histidin und Arginin zu 0,7 g, Lysin 0,2 g, Cholin zu 0,3 g. Dabei ist es ungewiß, welcher Anteil auf die Blattorgane entfiel. Proteolytische Enzyme dürften auch in Blättern kaum je fehlen. 0. LoEw(8) hat für Nicotiana zuerst ein solches Enzym nachgewiesen. Dean (9) fand proteolytische Wirkungen bei Blättern von Spinacia, Brassica, Castanea und bei den Blütenköpfchen von Daucus. Verschiedene neuere Angaben lassen aber vermuten, daß besonders die peptonspaltenden Wirkungen nach Analogie des Erepsins, bei Blättern häufig sind. Tadoroko (1 0) konnte bei Blättern von Aralia cordata, Brassica und Lactuca keine Proteolyse, wohl aber überall Peptolyse finden, beim Kohl am stärksten. Auch Blood(11) berichtet über Ereptase aus Weißkohl, welche aufhört zu wirken, wenn die Lösung auf Methylorange sauer reagiert. GlycyM-Tyrosin wird nach Abderhalden (12) durch Papayotin gespalten. Eine Nuclease ist aus Pteridium aquilinum gewonnen worden (13). Hingewiesen sei auf die noch nicht näher analysierte Beobachtung von MiACHi (14), wonach die alten im Beginne des Absterbens stehenden Blätter von Paeonia albiflora merklich asparaginreicher werden als die frischen Blätter. Die von Suzuki (15) dargelegte Meinung, daß während der Nacht in den Blättern Eiweißsubstanzen unter Bildung von Aminosäuren gespalten werden, und die letzteren nach anderen Teilen der Pflanze transportiert werden, dürfte im wesentlichen der wirklichen Sachlage entsprechen, be- sonders mit der Modifikation, daß die Zerlegung und Bildung von Eiweiß als fortdauernde Prozesse in den Laubblättern zu gelten haben, und nachts durch ein Überwiegen des ersteren Vorganges der genannte Effekt 1) N. T. Deleano, Ztsch. physiol. Chem., 8o, 79 (1912). — 2) Z. MufUROTO, Journ. Coli. Agr. Tokyo, 5, Nr. I, p. 63 (19.12). — 3) Poulson, Arch. exp. Pathol. u. Pharm., 80, 173 (1916). — 4) M. Molliard, Compt. rend., 152, 274 (1911). Nierenstein, Ztsch. physiol. Chem., 93, ^^ (1914) hat aus Gallen ein krystallis. 1-GaUoyl-Leucin dargestellt. — 5) K. Yoshimura, Ztsch. physiol. Chem., 88, 334 (1913). — 6) R. FossE, Compt. rend., X55, 861 (1912); 157, 941 (1913). Bull. Sei. Pharm., 20, 69 u. 613 (1913). — 7) K. Yoshimura, Ztsch. Unt. Nähr. Gen.mittel, ig, 263 (1910). — 8) 0. LOEW, U. Stat. Dept. Agric. (1900), Rep. Nr. 65. J. du P. Oost- HUizEN u. 0. M. Shedd, Journ. Amer. Chem. Soc, 35, 1289 (1913). — 9) A. L. Dean, Bot. Gaz., 39, 321 (1906). — 10) T. Tadoroko, Journ. Coli. Agr. Sapporo, 5, 67 (1913). — 11) F. A. Blood, Journ. Biol. Chem., 8, 216 (1910). — 12) E. Abder- halden u. Y. Teruuchi, Ztsch. physiol. Chem., 49, 24(1906). — 13) Teodoresco, Compt. rend., 155, 664 (1912). — 14) T. Miachi, Bull. Coli. Agric. Tokyo, Vol. II, 468 (1896). — 15) U. Suzuki, Ebenda, III, 241 (1897). Vgl. auch A. Menozzi, Justs Jahresber. (1888). I. 38. 296 Fünfundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Laubblätter. zustandekommt. Dabei ist es natürlich nicht ausgeschlossen, daß es, wie Otto und Kooper(I) fanden, vorkommt, daß abgeschnittene Blätter sich am Abend nach ausgiebiger Belichtung prozentisch N-ärmer erweisen als am Morgen, da reichliche Ansammlung von Stärke solche Effekte erzeugen muß. Die Bildung von Protein Stoffen in den Laubblättern. Sachs (2) hat wohl zuerst (1862) daraufhingewiesen, daß bei den höheren Pflanzen die reichlichste Bildung von Eiweißstoffen in den assimi- lierenden Laubblättern stattfinden dürfte, und wir finden bei Sachs zugleich die Bemerkung, daß „es nicht unmöglich erscheine, daß auch außerhalb der chlorophyllhaltigen Zellen der Blätter Eiweißstoffe durch Kombination assimilierter stickstoffreier Substanzen mit Ammoniak oder Salpetersäure- verbindungen entstehen könnten." Nur den Zellen der Vegetationspunkte und den Zellen des Cambiums wollte Sachs, die Fähigkeit der Eiweiß- synthese absprechen. Hanstein sprach sich auf Grund seiner Ringelungs- versuche dahin aus, daß „aus allem hervorgehe, daß auch die Protein- körper erst durch die Tätigkeit des Laubes konstruiert werden können und von da aus verteilt werden, zugleich mit den Kohlenstoff Verbindungen." Die hervorragende Bedeutung der Laubblätter für die Eiweißbildung in den grünen Gewäcüsen dürfte denn auch heute einem Zweifel kaum unterworfen sein, ebensowenig aber die Fähigkeit anderer Organe an der Eiweißsynthese in bestimmtem Grade zu partizipieren. In den Laub- blättern bieten die reichliche Zufuhr von N-Verbindungen durch den Transpirationsstrom (Nitrate und Ammoniumsalze), sowie die reichlichste Versorgung der synthetisch wirksamen Zellen mit Zucker und Kohlen- hydraten die besten Bedingungen für die Proteinsynthese. Doch ist speziell neueren theoretischen Äußerungen in der Literatur gegenüber nachdrücklich hervorzuheben, daß die Blattzellen keinerlei besondere Fähigkeit zur Eiweißsynthese gegenüber anderen Körperzellen, vielleicht auch sehr vielen tierischen Zellen, zu besitzen brauchen; jede Hypothese, welche einseitig eine Photosynthese für die Proteine in den Blättern in Anspruch nimmt, ignoriert die allgemeine Fähigkeit der Zellen zur Protein- synthese in der gröblichsten Weise. So wie bei der Ernährung eines Schimmelpilzes mit Zucker und Ammoniumsalz, so ist auch bei der Eiweißsynthese in den Blättern, wie Kellner und Emmerling zuerst ausgeführt haben, die Annahme sehr begründet, daß wir zwei Hauptstadien in diesem Prozesse zu unterscheiden haben: die Synthese von a-Aminosäuren mit ihrer wichtigen Gruppierung COOH • CHNHj und die Kondensation der Aminosäurereste zum Eiweiß- molekül. Man darf vielleicht sagen, daß die Begünstigung der Bildung von Aminosäuren in den Blättern durch die obwaltenden Bedingungen noch größere Bedeutung für die quantitative Prävalenz der Protein- synthese in den Blättern besitzt, als die ergiebige Kondensation der Aminosäuren zu Eiweiß als direktes Agens. Als Stickstoffquellen kommen 1) R. Otto u. W. D. Kooi-er, Landw. Jahrb., 39- 999 (1910). — 2) J. Sachs.. Exporimentalphysiologie (1865), p. 343. Floro (1862); Botan. Ztg. (1862), p. 63. — 3) Im Gegensatze zur Meinung von 0. Trebcux, Ber. bot. Ges., 22, 572 (1904) ist diese Annahme selbst dann zulässig, wenn in einem Fall NH^-Salze die beste N-(,hielle sind. § 2. Die Bildung von Proteinstoffen in den Laubblättern. 297 für die Eiweißsynthese in Laubblättern im natürlichen Leben vor allem die aus dem Boden aufgenommenen Verbindungen in Betracht: Nitrate und Ammoniurasalze, welche in den Wasserbahnen zu den Blättern empor- geleitet werden und daselbst der Verarbeitung unterworfen sind. Einer Reihe von Erfahrungen (1) zufolge ist der Nitratgehalt der Blätter in der Tat kleiner als derjenige von Stengeln und Wurzeln, was als Stütze für die Ansicht dienen kann daß die Nitrate in den Blättern einem lebhaften Verbrauche unterliegen (2). Der Luftstickstoff ist, wie bereits ausgeführt, weder für die Laubblätter der Leguminosen noch für die Blätter anderer Phanerogamen eine direkte Quelle der N-Versorgung. Die Arbeiten von Frank (3), welche die direkte Aufnahme von Luft-N.^ für die Blätter aller Blütenpflanzen beweisen sollten, und selbst die Ng-Fixierung der Leguminosen als einen derartigen Vorgang betrachteten, sind in ihren Resultaten widerlegt (4). Anders liegt die Sache bezüglich der in der Luft vorhandenen kleinen Mengen von Ammoniak, für welche die Möglichkeit einer Aus- nutzung \vohl besteht. Bekanntlich hat Liebig (5) zuerst die Behauptung vertreten, daß der Vegetation fortwährend kleine Ammoniakmengen durch die Niederschläge durch Blätter und Wurzeln zugeführt werden. Später haben experimentelle Studien von A. Mayer und L. Koch sowie von Nerger gezeigt (6), daß eine Aufnahme von Ammoniak aus der um- gebenden Luft durch die Blätter tatsächlich möglich ist. Doch besteht kein Zweifel, daß diese Art der N-Versorgung lange nicht ausreichend ist, um in der Natur die Eiweißsynthese der Laubblätter zu unterhalten. Hier haben wir es vielmehr mit der aus dem Boden aufgenommenen Salpeter- säure und mit den Ammoniumsalzen des Bodens zu tun. Z ALESKI (7) hat über Versuche berichtet, in welchen abgeschnittene Blätter von Helianthus, im Dunklen auf Nitrat und Zucker enthaltender Nährlösung schwimmend, ihren Eiweißgehalt erheblich vermehrten. Von den Versuchen dieses Forschers führt die nachstehende Tabelle einige Zahlen an, welche sich auf Eiweißstickstoff in Milligrammen pro 1 qm gebildet beziehen. Ver- Dauer Mit Nitrat und Zucker Ohne Nitrat mit Zucker Mit Nitrat ohne Zucker such in Kontroll- Versuchs- j^.,, Kontroll- Versuchs- r»;*««,..«, Kontroll- Versuchs- r>j^«„_.__ Nr. Stunden blatthälfte I>'«erenz blatthälfte D>«ereiiz blatthälfte Differenz I. 6 2621 2853 -|- 232 2614 2610 —4 IL 19 3355 3582 +227 3354 3353 —1 IIL 19 2610 2824 +214 2613 2620 +7 IV. 18 2446 2640 +194 2451 2457 +6 IX. 21 2887 2493 —394 X. 21 2870 2767 —103 XL 21 2823 2578 —245 1) Vgl. Hoffmann, Arch. Pharm., 122, 193 (18o5); Hosaevs, Jahresber. Agr. Chem. (1865), p. 87; Frühling, Landw. Vers.stat^, 9, 150 (1867); Sorokin, Justs Jahresber. (1875), p. 871; Emmerling, Landw. Vers.stat., 24, 136 (1880). Monte- VERDE, Justs Jahresber. (1883), I, 57. G. Andre, Compt. rend., 148, 1685 (1909). — 2) Frank, Ber. bot. Ges., 5, 472 (1887) hatte allerdings daraus den entgegen- gesetzten Schluß abgeleitet, daß die Nitrate gar nicht bis zu den Blättern gelangen, weil sie früher assimiliert werden; diese Deutung wird aber durch anderweitige Er- fahrungen widerlegt. — 3) A. B. Frank u. R. Otto, Ber. bot. Ges., 8, 331 (1890). — 4) R. Otto u. W. I). Kooper, Landw. Jahrb., 39, 999 (1910). Für Sinapis vgl. Densch, Mittcil. Kais. Wilhelms-Inst. f. Landw. Bromberg, III, 387 (1911).. — 5) J. Liebig, Die Chemie und ihre Anwendung auf Agrik. u. Physiol., 7. Aufl. (1862), I, 313, II, 300 — 6) A. Mayer u. L. Koch, Ber. chem. Ges. (1873), p. 1406. Mayer, Landw. Vers.stat., 17 (1874). C. Nerger. Dtsch. landw. Presse, 13, 256 (1886). — 7) W. Zaleski, Ber. bot. Ges., 15, 536 (1897). Bot. Zentr., 87., 281 (1901). 298 Fünfundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Laubblätter. Daß im Dunklen tatsächlich in den Blättern auf Kosten von Nitrat unter bestimmten Bedingungen Eiweiß gebildet werden kann, geht ferner aus Versuchen von Suzuki (1 ) an etiolierten Gerstenkeimlingen hervor. Suzuki brachte die etwa 15 cm hohen Pflanzen für 7 Tage in 0,2%NaNO3, teilte sodann die Versuchspflanzen in zwei Partien, von welchen die eine sofort zur Analyse kam, die andere aber 7 Tage hindurch im Dunklen in 10% Rohrzucker gehalten wurde. Es enthielten von beiden Partien: Gesamt-N Protein-N Asparagin-N Nitrat-N Sonstiger N 100 Keimlinge am Anfange des Versuches in mg . . 57,6 25,2 17,2 4,4 10,8 100 Keimlinge am Ende des Versuches in mg . . . 58,2 30,5 16,6 0,0 11,2 Diese Proteinbildung kann aber nur bei reichlicher Zuckerzufuhr stattfinden, da Suzuki bei Anwendung von 1% Saccharoselösung ein Plus an Eiweiß-N auf Kosten des Nitrat-N nicht festzustellen vermochte. Daß Eiweißbildung im Dunklen bei Darreichung von Nitrat und Zucker bei Blättern erfolgt, haben übrigens schon Arbeiten von Boussingault (2), in neuerer Zeit von Kinoshit a, Maze, Malini ak gezeigt (3). Auch Saposchnikows Versuche (4) demonstrierten, daß abgeschnittene Blätter aus Nitrat Eiweiß zu bilden vermögen. In Versuchen von Godlewski (5) stellte sich gleichfalls die Möglich- keit heraus, daß Blätter im Dunkeln auf Kosten von Nitrat und Zucker Eiweiß formieren, doch war die Eiweißbildung im Lichte, selbst wenn man durch Ausschluß von Kohlensäure für eine Ausschaltung der assimi- latorischen Zuckerbildung Sorge getragen hatte, mehr als dreimal so intensiv. Bei Keimpflanzen von Triticum fand Wasniewski (6) denselben begünstigenden Einfluß des Lichtes auf die Bildung der Eiweißstoffe, um so deutlicher, je weiter die Keimlinge in ihrer Entwicklung waren. Laurent, Marchal und Carpiaux (7), die in einer früheren Arbeit angenommen hatten, daß eine Nitratverarbeitung im Dunkeln überhaupt kaum stattfinde, schlössen sich den wesentlichen Gesichtspunkten Godlewskis an. Sie bestätigten auch Suzukis Ergebnisse, und legten dar, daß man die Lichtwirkung auf die Proteinsynthese hauptsächlich als eine Wirkung der ultravioletten Strahlen anzusehen habe, während die bei der Chlorophylltätigkeit wirksamen Strahlen für die Eiweißsynthese fast ohne Bedeutung seien. Aber wie schon E. Schulze und Emmerling be- merkten (8), und auch Zaleski (9) hervorgehoben hat, lassen sich die von Godlewski und von Laurent angegebenen Wirkungen des Lichtes auf die Eiweißvermehrung auch dahin deuten, daß bei den verdunkelten Pflanzen ein gesteigerter Eiweißzerfall eintritt, so daß Lichtpflanzen 1) Suzuki, Bull. Coli. Agric. Tokyo, 2, 409; 3, 241 (1898); 0. Loew, Bot. Zentr., 75, 289 (1898). — 2) Boussingault, Agronomie usw., 7, 130. — 3) Kinoshita, Agric. Coli. Tokyo, 2, Nr. 4. Maze, Compt. rend., 128, 185; 127, 1031 (1899). M. Maliniak, Rev. gkn. Botan., 12, 337 (1900). — 4) Saposchnikow, Bot. Zentr., 63, 246 (1896). — 5) E. Godlewski, Anzeig. Akad. Krakau (1897). Bull. Ac. Sei. Cracovie (1903). — 6) S. Wasniewski, Bull. Ac. Cracovic, 1914, p. 615 (Juniheft). — 7) Laurent, Marchal u. Carpiaux, Bull. Ac. Roy. Belg., 32 (1896); Laurent u. Marchal, Rech, sur la synth^se des subst. album. par les v6g6t. Bruxelles 1903. — 8) E. Schulze, Ztsch. physiol. Chem., 24, 93 (1897). Emmerling, Landw. Vers.stat, 54, 228 (1900). — 9) W. Zaleski, Ber. bot. Ges., 27, 56 (1909). Zur Frage der Lichtwirkung ferner L. Montemartini, Atti Istit. Botan. Univ. Pavia (2), jo (1905). Für einen Einfluß der stark brechbaren Strahlen auf die Proteinbildung tritt dagegen J. Dumont ein: Compt. rend., 141, 690 (1905). § 2. Die Bildung von Proteinstoffen in den Laubblättern. 299 schließlich mehr Eiweiß bei gleich intensiver Eiweißsynthese aufweisen, als verdunkelte Exemplare. Godlewski hat dagegen die Erfahrung von Balicka Iwanowska(i) geltend gemacht, daß die Abnahme an Eiweiß-N und die Zunahme an Nichtprotein-N bei belichteten in COj-freier Atmo- sphäre gehaltenen und bei verdunkelten Lupinen unter Ausschluß einer Stickstoffquelle ganz gleich verlief. Ob aber nicht bei Versorgung mit Nitrat der Eiweißzerfall im Dunkeln gesteigert wird, ist in diesen Ver- suchen nicht geprüft worden. Aus früherer Zeit liegt eine ganze Reihe von Erfahrungen vor, welche den Verbrauch von Nitraten zur Eiweißbildung in Blättern wahr- scheinlich machen. Sorokin (2) beobachtete, daß die Blätter nitratärmer seien als die anderen Teile der Pflanzen. Pagnoül (3) war wohl der erste, welcher direkt behauptete, daß Nitrate in besonnten Blättern rasch verschwänden und organische Stickstoffverbindungen daraus formiert würden. Man versuchte späterhin mit mikrochemischen Reagentien: Diphenylamin-Schwefelsäure : Molisch (4), Cinchonamin : Arnaud, Capus (5), zuletzt mit Nitron (6) den Nitratnachweis in Blättern zu führen. Schon ScHiMPER (7), der auf Grund mikrochemischer Erfahrungen wohl die beste Untersuchung über die Eiweißbildung in den grünen Organen der höheren Pflanzen ausgeführt hat, sprach sich dahin aus, daß die Nitrate in den Mesophyllzellen speziell zu Eiweiß verarbeitet werden, und daß man mit großer Wahrscheinlichkeit die Chloroplasten als den Sitz dieser Tätigkeit ansehen dürfe. Seine, sowie Palladins Ansicht, daß Glucose und Salpetersäure unter Bildung von Oxalsäure Asparagin liefern, ist allerdings durch chemische Gründe nicht plausibel zu machen. Erwähnt sei noch, daß Berthelot und Andre (8) eine Verarbeitung von Nitrat durch die Laubblätter auf Grund der Tatsache vermuteten, daß stark belaubte Boragopflanzen weniger Nitrate enthielten, als schwach belaubte Exemplare. Jedenfalls muß in den Laubblättern eine Reduktion der Nitrate vor sich gehen, wenn Eiweißstickstoff aus Nitratstickstoff entstehen soll. Laurent (9) hat zuerst auf die Reduktion von Nitraten durch höhere Pflanzen aufmerksam gemacht, indem er zeigte, daß Keimpflanzen unter Ausschluß von Bacterien imstande sind, Nitrat zu Nitrit zu redu- zieren. Trotzdem wurde diese Erscheinung lange Zeit als das Werk von Bacterien hingestellt (1 0). Überdies machten die Erfahrungen von Molisch und anderen Forschern (11) Eindruck, wonach Nitrite für 1) Balicka Iwanowska, Bull. Ac. Sei. Cracovie (1903). — 2) Sorokin, Justs Jahresber. (1875), p. 871. — 3) Pagnoul, Ann. Agron., 5, 481 (1879); 7, 5 (1881). — 4) H. Molisch, Ber. bot. Ges., r, 150 (1883). Sitz.ber. Wien. Ak., Mai (1887), Bd. 95, I, 221; Bot. Zentr., 31, 154 (1887). — 5) A. Arnaud u. L. Pade, Compt. rend., 98, 1488; 99, 190 (1884). Jedoch Ellram, Chem. Zentr. (1896), II. 99. Ba(N0j)2-Krystalle als Erkennungsmittel: R.Brauns, Jahrb. Mineral. (1897), I, 73; J. Schröder, van der Kolk, Ebenda, 219. — 6) R. Klein, Beihefte Botan. Zentr., 30, I, 141 (1913). — 7) A. F. W. Schimper, Flora (1890), p. 207; Botan. Ztg. <1888), Nr. 9. — 8) Berthelot u. Andre, Compt. rend., 99, 355, 550, 591 (1884). — 9) E. Laurent, Ann. Inst. Pasteur, 4, Nr. 11 (1890). BuU. Soc. Agr. Roy. Belg. <3), 20, 478 (1890); Beihefte Botan. Zentr., 2, 434 (1892). Rec. Inst. Botan. Bruxelles, 3, 41 (1908). — 10) Vgl. A. JoRissEN, Bull. Ac. Roy. Belg., 13 (1887). Jodin, Ann. Agron. (1897). — 11) H. Molisch, 1. c. (1887), p. 234. Raulin, 1. c, p. 229. BiRNER u. Lucanus, Landw. Vers.stat., 8, 128 (1866); A. Stutzer, Journ. Landw., 54, 125 (1906); 55, 78 (1907). 0. Kellner, Landw. Vers.stat., 72, 311 (1910). Das als ZwischenpiOdukt der Nitratreduktion ebenfalls mögliche Hydroxylamin wirkt nach V. Meyer u. E. Schulze, Ber. chem. Ges., 17, 1554 (1884) auch in seinen Salzen sehr giftig. Vgl. auch L. Lutz, Congr. Soc. Sav. (1899). 300 Fünfundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Laubblätter. Phanerogamen sehr schädlich sind, so daß man von der Eventualität einer intermediären Nitritbildung bei der Eiweißsynthese in Nitrat ver- arbeitenden Laubblättern ganz absah. Doch ist es einerseits nicht aus- geschlossen, daß Nitrite sogar durch die Wurzeln aufgenommen und ver- arbeitet werden können, sobald ihre Konzentration einen gewissen Grad nicht übersteigt (1 ), sowie wahrscheinlich auch für Pilze Nitritverarbeitung nicht unmöglich ist. Andererseits haben Godlewski und Polszeniusz (2) an keimenden Samen in steriler Kultur neuerdings die Nitritbildung aus Salpeter im anaeroben Leben festgestellt, und Nabokich (3) konnte diese Erscheinung für den anaeroben Stoffwechsel steriler Keimlinge mittels der Jodreaktion bestätigen. Daß grüne Pflanzen ein Nitrat zu Nitrit reduzierendes Enzym enthalten, haben Irving und Hankinson (4) wahr- scheinlich zu machen gesucht, auf Grund der Beobachtung, daß Wasser- pflanzen in Gegenwart von Nitrat Asparagin zu Äpfelsäure verarbeiten. Doch hat Maze (5) mit Recht darauf aufmerksam gemacht, daß nicht alle Vorkommnisse von Nitrit, welche man übrigens sehr verbreitet konstatieren kann, auf Reduktionsprozesse zurückgeführt werden müssen, sondern, wie auch Bach (6) betont hat, in vielen Fällen durch Oxydation aus Ammoniumverbindungen hervorgehen können. Die Angabe von Aso(7) über das Vorkommen von Nitrit in etiolierten Kartoffeltrieben ist allseitig bestätigt worden, auch von Klein (8), der auf Grund mikro- chemischer Untersuchungen vielleicht zu weitgehend das Vorkommen von Nitrit, einer nur in kleinen Mengen sich ansammelnden höchst zer- setzlichen Substanz, in Abrede stellen will. Auf das Vorkommen von salpetriger Säure (vielleicht in glucosidischer Bindung?) in den Blättern von Erythrina coralloides hat Weehuizen (9) aufmerksam gemacht. Wenn sich auch andere Vorkommnisse von Nitrit, wie das von Aso behauptete, in Sagittaria und jenes in Fuchsia nach Moddermann (1 0) anzweifeln lassen, so ist es doch unwahrscheinlich, daß die erwähnten Befunde nur ausnahmsweise Vorkommnisse darstellen sollen. In der Tat ging Maze so weit, zu behaupten, daß kleine Nitritmengen sehr allgemein vor- kommen. Über den Verlauf des Überganges der Nitrate in die Amino- gruppen des Eiweißes sind eine ganze Reihe von Hypothesen aufgescellt worden, die jedoch bisher einen sicheren Boden für Experimentalforschung nicht geschaffen haben. Bach (11) nahm an, daß aus HNO3 zunächst HNO.2 entstehe, diese in NH:0 übergehe, welche mit HgO Hydroxylamin HjN • OH liefere. Mit dem durch Kohlensäurereduktion entstandenen Formaldehyd solle Formamid COH • NH, gebildet werden. Laurent und Marchal(12) halten es für möglich, daß das Formamid in Blausäure 1) Vgl. F. Peroiabosco u. V. Rosso, Staz. Spar. Agr. Ital., 42, 5 (1908); P. Maze, Ann. Pasteur, 25, 289 (1911). — 2) E. Godlewski u. Polszeniusz, Über die intramolekulare Atmung usw. Krakau (1901), p. 252. Davidson, Journ. Biol. ehem., 37, 143 (1919) verhält sich solcher nichtbacterieller Nitritbildung gegenüber ablehnend. — 3) A. Nabokich, Beihefte botan. Zentr., 13, 325 (1903). Ber. bot. Ges., 21, 398 (1903). — 4) A. Irving u. R. Hankinson, Biochem. Journ., i, 87 (1908). — 5) Maze, Compt. rend., 152, 1624 (1911); 153, 357 (1911); 155, 781 (1912). — 6) A. Bach, Biochem. Ztsch., 52, 418 (1913). — 7) K. Aso, Beihefte Botan. Zentr., 15, 208 (1903).; ebenda, 32, I, 146 (1914). Nitrit (bacteriellen Ursprunges?) in kräuselkranken Kartoffeln und mosaikkrankem Tabak: Boncquet, Internat, agr.- techn. Rdsch., 8, 930 (1919). Journ. Amer. Chem., 39, 2088 (1917). — 8) R. Klein, Beihefte Botan. Zentr., 30, I, 161 (1913). — 9) F. Weehcizen, Pharm. Weekbl., 44, 1229 (1907). — 10) R. S. Tjaden Moddermann, Cüem. Zentr. (1888), I, 377. Kritik bei R. Klein, 1. c. — 11) A. Bach, Compt. rend., 122, 1499 (1897); Arch. Sei. Phys. Geneve (4), 5, Ö20 (1898). — 12) Laurent u. Marchal, 1. c, p. 23 des Sep.-Abdr. § 2. Die Bildung von Proteinstoffen in den Laubblättem. 301 Übergeht: COH • NH, = CNH -|- HgO, und bringen auch das von Treub in Pangium entdeckte Vorkommen von Blausäure hiermit in Zusammen- hang. Es läßt sich nicht in Abrede stellen, daß vom Formamid ein chemisch gangbarer Weg zu Aminosäuren führt; Löb(1) erhielt durch stille elektrische Entladung aus Formamid Oxaminsäure, welche durch Reduktion Aminoessigsäure liefert. Ähnliche Vorgänge hält Trier (2) für die Eiweißsynthese in Blättern für wahrscheinlich. Auch Franzen(3) will dem Formamid eine derartige intermediäre Rolle zuschreiben. Hin- gewiesen sei ferner auf die Beobachtungen von Polstorff und Meyer (4) über die Entstehung von Glycolsäurenitril aus Cyankalium und Formaldehyd. Am weitesten ist Baudisch(5) auf dem Wege solcher Spekulationen gegangen, indem er die Nitratverarbeitung in den Laubblättern direkt als lichtchemischen Vorgang hinstellte, und das durch Sauerstoffabspaltung aus Nitrit entstehende Nitrosyl NOH mit Formaldehyd zu Formhydroxam- säure werden läßt. Ohne in die Details dieser Vorstellungen einzugehen, sei bemerkt, daß 0. Loew (6) dagegen den berechtigten Einwand er- hoben hat, daß die Eiweißsynthese ein auch im Dunkeln und ohne Chlorophyll allgemein vor sich gehender Vorgang ist, und wir kein Recht haben, für die Laubblätter eine ganz exzeptionelle Methode der Eiweißsynthese in Anspruch zu nehmen. Stoklasa(7) vertritt übrigens ebenfalls ein« dualistische Ansicht über die Eiweißsynthese, wenn er an- nimmt, daß die photosynthetische Eiweißbildung ohne Mitwirkung von Kali verläuft, hingegen für die Eiweißsynthese bei jungen Pflanzen unter Abschluß von Licht das Kalium-Ion nötig sei. Nach Loew (8) ist Reduktion von Nitrat zu Ammoniak auf kataly- tischem Wege unter bestimmten Bedingungen erzielbar, und es legen auch verschiedene Erfahrungen auf tierphysiologischem Gebiete nahe, daß Enzyme existieren, welche Nitrate zu Nitrit reduzieren. Wenigstens ist es möglich, in aseptischer Autolyse von Organbrei die Entstehung von Nitrit aus zugesetztem Nitrat zu beobachten (9). Auf botanischem Gebiete steht die Verfolgung dieser Erscheinung noch aus. Überlegungen über den Übergang der Nitrogruppe in die NHa- Gruppe, im Anschluß au Versuche mit Hefe, findet man bei Neüberg (1 0), der mit Recht hervor- hebt, daß eine direkte Reduktion kaum denkbar ist. Im Hinblick auf die geschilderten Verhältnisse der Nitratverarbeitung 1) W. Lob, Ber. ehem. Ges., 46, 684 (1913). — 2) G. Trier, Über einfache Pflanzenbasen und ihre Beziehungen zum Aufbau der Eiweißstoffe. Berlin 1912, p. 48. — 3) H. Franzen, Sitz.ber. Heidelberg. Akad. (1910), 9. Abh. Journ. prakt. ehem., 86, 133 (1913) — 4) K. Polstorff u. H. Meyer, Ber. ehem. Ges., 45. 1905 (1912). — 5) 0. Baudisch, Zentr. Bakt., II, 72, 520(1911); Baudisch u. E. Mayer, Ber. ehem. Ges., 45, 1771 (1912); ebenda, 2879; 46, 115 (1913); 44, 1009 (1911). Ztsch. angew. Chem., 26, 612 (1913). Ztsch. physiol. Chcm., 89, 175 (1914); Vierteljahrschr. Nat. Ges. Zürich, 58, 10 (1913); Die Naturwissenschaften, 2, 199 (1914). Besonders die Angaben über die Bildung alkaloidähnlicher Verbindungen sind mit Reserve hinzunehmen. Ferner 0. Baudisch, Verh. Naturf. Ges., 1913, II, r. 317; Ber. ehem. Ges., 49, 1159, 1167, 1176 (1916); 50, 652 (1917); 51, 793 (1918); 52, 36 u. 40 (1919). — 6) 0. Loew, Biochem. Ztsch., 41, 224 (1912); Chem.-Ztg. (1912), Nr. 7.' Ber. chem. Ges., 50, 909 (1917). — 7) J. Stoklasa, Beiträge zur Kenntnis der Ernährung der Zuckerrübe. .Jena 1916; IJiochem. Ztsch., 73, 107 (1916). — 8) 0. Loew, Ber. chem. Ges. (1890), p. 675; vgl. auch J. H. Kastle u. Elvove, Amer. chem. Journ., 31, 606 (1904).' Zur Nitratreduktipn im Licht: vgl. B. Moore, Proc. Roy. Soc, B, 90, 158 (1918); Molliard, Compt. rend., 163, 371 (1916). — 9) E. Abelous u. E. Gerard, Compt. rend., 129, 56 (1899); A. Stepanow, Arch. exp. Path., 47, 411 (1902). — 10) Neuberg h. Welde, Biochem. Ztsch., 67, 18 (1914). 302 Fünfundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Laubblätter. in grünen Blättern ist es nicht ohne Interesse, daß Lutz(1) fand, daß chlorophyllfreie phanerogame Parasiten und Humuspflanzen reichlich Nitrat zu führen pflegen. Die Versuche von Mirande(2) über die Nitrat- aufnahme durch Holoparasiten scheinen mir zu einem definitiven Ergebnis nicht geführt zu haben. Acqua(3) versuchte die Orte der Nitratverarbeitung im Gewebe dadurch zu markieren, daß er Nitrate mit zurückbleibendem, leicht nachweisbarem Anion, wie Uranylnitrat, Manganonitrat, darreichte, und schloß aus den stellenweise eintretenden Färbungen durch kolloide Metallniederschläge auf die Lokalisation der Nitrataufnahme. Doch ist es unsicher, ob diese Methode tatsächlich dem geplanten Zwecke genügt (4). Nach Dony-Henault (5) begünstigen übrigens Mangansalze die Nitrat- reduktion durch grüne Pflanzen am Lichte. Ermakow (6) fand, daß Kalksalze deutlich die Nitratverarbeitung durch grüne Pflanzen fördern. Darreichung von Schwermetallnitraten hat im allgemeinen schädlichen Einfluß (7). Der Zusammenhang des Blausäuregehaltes vieler Blätter mit der Eiweißsynthese läßt sich an dieser Stelle mangels genügender Einsicht in diesen Vorgang noch nicht behandeln. Da Treub(8) fand, daß die Blätter auf dem Höhepunkt ihres Eiweißumsatzes die meiste Blausäure enthalten, so ist es wahrscheinlich, daß es sich nicht um ein bloßes Ausscheidungsprodukt handelt. Es sei auch darauf hingewiesen, daß man Blausäure synthetisch im elektrischen Lichtbogen aus Methan, Stickstoff und Wasserstoff gewonnen hat (9), und Reduktionsprozesse in den Blättern möglicherweise in paralleler Weise tätig sind (10). Die Anhäufung der Nitrate in manchen Pflanzen, wie in den Boraga- ceen, Solanaceen, Urticaceen, Chenopodiaceen (11) ist bekannt. Auch die Sambucusarten sind sehr nitratreich. Nach Couperot (12) scheint hier Nitrat und Cyanwasserstoff im Laufe der Entwicklung abzunehmen. Nach den oben angeführten Versuchen ist anzunehmen, daß die Nitrat- reduktion sowohl im Dunklen als im Licht vor sich geht, daß aber be- lichtete Blätter viel mehr Nitrat verarbeiten als im Dunklen. Auch ScHiMPER fand, daß im Dunklen eine Anhäufung von Nitrat eintritt, welche sich bei Lichtzutritt wieder verliert. In Widerspruch mit den übrigen Angaben befinden sich die Resultate von Kosütany(13), wonach bei halbierten Blättern von Vitis riparia nachts weniger Nichtprotein-N 1) L. Lutz, Compt. rend., 154, 1247 (1912); Bull. Soc. Botan. (-1), 8, 104 (1908); Compt. rend. Congr. Soc. Sav. Paris (1908), p. 156. --2) M. Mirande, Compt. rend., 145, 507 (1907). Über Cuscuta: Thoday, Ann. of Bot., 25, 655 (1911). — 3) C. AcQUA, Rend. Acc. Line. Roma (5), 19, I, 339 (1910); Annali di Botan., 11, 281 (1913). — 4) Vgl. HouTERMANS, Sitz.ber. Wien. Ak., 121, I, 801 (1914). — 5) 0. Dony-Henault, Bull. Soc. Chim. Belg., 26, 266 (1912). Ac. Roy. Belg. (2), 3, 4 (1911). — 6) W. P. Ermakow, Nachr. d. Univ. Kiew, 48, 1 (1908). — 7) F. Plate, Atti Acc. Line. (5), 22, II, 728 (1913). — 8) M. Treub, Ann. Jard. Bot. Buitenzorg (2), 8, 85 (1909). — 9) Vgl. J. Moscicki, Ztsch. Elektrochom., 17, 877 (1911). — 10) Cyanatbildung aus Nitrat beim Erhitzen mit Kohle: A. Lidow, Journ. russ. phys.chem. Ges., 43, 651 (1911). — 11) Vgl. Lutz, Compt. rend. Congr. Soc. Sav. Paris (1908), p. 156. Viel Nitrat in Blättern von Senecio jacobaea nach Keegan, Chem. News, 112, 203 (1916); Papaver rhoeas und somniferum: ebenda, 113, 86 (1916); Rumex sanguineus: ebenda, 114, 74 (1916); Phytolacca nach Spallino, Annal di chim. appl., i, 502 (1914). — 12) E. Couperot, Soc. Biol., 61, 180 (1906). — 13) KosuTANv, Landw. Vers.stat.. 48, 13 (1896). A. Stutzer, Biochem. Ztsch., 56, 220 (1913) fand bei Tabakpflanzen (für die Harnstoffnitrat die beste N- Quelle war) durch Beschattung denN-Gehalt der Blätter von 2,31 auf 5,3% erhöht. Dabei wird wohl die Wasserversorgung resp. Verminderung allzustarker Transpiration der entscheidende Faktor gewesen sein. § 2. Die Bildung von Proteinstoffen in den Laubblättern. 303 und mehr Eiweiß-N vorhanden ist als bei Tage, und außerdem bei Tage mehr Nitrat-N nachzuweisen ist Kosutany wollte daraus schließen, daß in der Nacht die nichtei weißartigen N- Verbindungen in größerer Menge in Eiweiß übergehen als bei Tage. Eiweißbildung in Laubblättern bei Darreichung von Ammonium- salzen ist ebenfalls durch eine Reihe experimenteller Erfahrungen sicher- gestellt worden. Nach Maze(1) wirken Ammoniumsalze gleich gut wie Nitrate, nur darf eine gewisse niedrige Konzentrationsgrenze nicht tiber- schritten werden. Wenn man die Erfahrungen von Takabayashi (2) dahin deuten darf, so tritt diese schädliche Wirkung besonders bei Ab- wesenheit von Zucker hervor, und es würde bei Ammoniakdarreichung eine sehr reichliche Zuckerzufuhr angezeigt sein. Hansteen(3) fand für die Eiweißbildung von Lemna Ammoniumchlorid und Sulfat im Verein mit Zucker sehr günstig. Für den Erfolg der Ammoniak- und Nitrat- darreichung bei etiolierten Hordeumpflänzchen gab Kinoshita(4) folgende Zahlen: Hordeum 1 Woche hindurch begossen mit: Wasser 1 % NH^Cl äquival. NaNO, enthielt Gesamt-N 3,512 % 4,436 % 4,925 % Protein-N 2,704% 2,126% 2,066% Asparagin-N 0,656 % 2,027 % 0,977 % Bei Mais 4 Tage belichtet aufgestellt: Gesamt-N 4,13 % 4,23 % 4,15 % Asparagin-N 0,38 % 0,73 % 0,24 % Hinsichtlich der quantitativen Versorgung der Pflanzen mit Nitrat und Ammoniumsalzen unter den natürlichen Lebensverhältnissen sei auf die Analysen von Regenwasser und von Drainwasser in ungedüngtem Brachlande von Miller (5) hingewiesen. Daß als erstes Stadium der Nitratassimilation sowie der Assimi- lation von Ammoniak in den Blättern die Bildung von Aminosäuren an- zunehmen ist, ist schon von Kellner und sodann von Emmerling näher ausgeführt worden (6). Nach Emmerling sind die Laubblätter die haupt- sächlichen Bildungsherde von Aminosäuren in der Pflanze, wenn auch Wurzel und Stengel in gewissem Grade beteiligt sind. Die Vegetations- punkte sowie junge Früchte und Samen besitzen nach Emmerling die Fähigkeit, Eiweiß aus Aminosäuren aufzubauen. Nach Emmerlings Analysen an einjährigen Gewächsen nimmt der Gesamt-N und der Eiweiß-N in den Blättern bis zur Blütezeit der Pflanze fortwährend zu, und bleibt hierauf bis zum Absterben der Pflanze fast konstant, trotz des großen N-Bedarfes der heranreifenden Samen. Der Nichtprotein-N nimmt meist auch in den späteren Stadien nach der Blütezeit in den Blättern nicht ab; die Abnahme betrifft nur den Aminosäure-N und den Gesamtamid-N. Erst in den letzten Stadien verringert sich auch der Nichteiweiß-N. In Samen und Hülsen von Vicia Faba verminderte sich jedoch aucii der Nichtprotein-N während der Reifezeit stark. Der Quotient aus Nicht- protein-N : Gesamt-N nimmt allgemein mit zunehmender Reife ab. Zur 1) Maze, Ann. Inst. Pasteur, 14. 26 (1900); Conipt. rend., 127. 1031.(1899) — 2) Takabayashi, Bull. Agr. Coli. Tokyo, .?, 265 (1897). Suzuki, Ebenda, 2, Nr. 7 (1897). — 3) B. Hansteen, Ber. bot. Ges., 14, 362 (1896). — 4) Kinoshita, Bull. Coli. Agric. Tokyo, 2, 200 (1897). — 5) N. H. J. Miller, Journ. Agr. Sei., j, 280, 377 (1905). Vgl. auch F. Marshall, Die Naturwiss., j, 791 (1913). — 6) 0. Kellner, Landw. Jahrb., 8, 243 (1879). Emmerling, Landw. Vers.stat. (1880), p. 113; 34, 1 (1887); Justs Jahresber. (I884j, I, 73. 304 FünfundvierzigBtes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Laubblätter. Ergänzung dieser Angaben seien folgende Zahlen aus Emmerlings Analysen angeführt: Gesamt-N in Proz. Aminosäure-N in Proz. Datum der Trockensubstanz der Trockensubstanz Wurzel Blätter Samen Wurzel Blätter Samen 9. Juni 3,09 4,54 - 0,312 0,370 3. Juli . . 2,04 5,29 - 0,327 0,825 — 28. Juli . . - 5,38 6,65 - 0,357 0,844 7. Aug. . - - 5,10 — — 0,887 18. Aug. . - 4,59 8,77 — 0,211 0,342 1. Sept. . 1,58 3,81 4,38 0,106 0,146 0,142 9. Okt. . . - — 4,43 — — 0,045 GoDLEWSKi hat mitgeteilt, daß sowohl bei belichteten als bei ver- dunkelten Triticumpflänzchen diejenigen, welche sich unter Darreichung von Nitrat entwickelt hatten, mehr Nichtprotein-N enthielten, als die in N-freier Lösung entwickelten Pflänzchen: Nitratdarreichung N-freie Lösung Lichtpflanzen 43,12 21,68% an organ. Nichtprotein-N Dunkelpflanzen 44,12 23,64% „ Daß gerade Asparagin, welches bei Verdunkelung in den Blättern ebenso reichlich auftritt wie bei Keimpflanzen, als intermediäres Produkt bei der Eiweißsynthese anzusehen ist, wie C. 0. Müller (1) annimmt, ist wohl nicht begründet. Butkewitsch (2) hat mit Recht hervorgehoben, daß das Asparagin bei der Eiweißumwandlung in verdunkelten grünen Pflanzen ebenso als sekundäres Produkt anzusehen ist wie in Keim- pflanzen. Mit diesem Forscher (3) könnte man sich vorstellen, daß die Asparaginbildung damit zusammenhängt, daß das aus den bei eingetre- tenem Zuckermangel reichlicher angegriffenen stickstoffhaltigen Bestand- teilen stammende Ammoniak im Asparagin festgelegt wird. Doch scheint mir dieser Gedanke das Problem nur teilweise anzuschneiden, und die Ursachen der Bildung der Bernsteinsäuregruppe im Asparagin bleiben unberührt. Dasselbe ließe sich gegen die verwandten Anschauungen von Prianischnikow (4) vorbringen, welcher annimmt, daß die Über- schüsse des durch die Wurzeln zugeführten Ammoniaks in Form von Asparagin gespeichert werden. So fehlen uns bezüglich des Entstehungsmodus der Aminosäuren in den Blättern die nötigen chemischen Grundlagen vollständig. Am meisten von allen bisher geäußerten Meinungen hinsichtlich dieses wich- tigen Problems sind die Vorstellungen von Erlenmeyer jun. (5) einer experimentellen Prüfung wert, wonach die Formierung von a-Aminosäuren aus a-Oxysäuren, z. B, Glyoxylsäure, mit Ammoniak in Frage kommt, und ebenso die Beziehungen der Aminosäuren zu den Ketosäuren, welche schon bei der Besprechung des Aminosäureabbaues eine Behandlung erfahren haben. Die Verarbeitung fertig dargereichter Aminosäuren durch Laub- blätter zu Eiweiß versuchte Hansteen(6) durch Versuche an Lemaa 1) C. 0. Müller, Landw. Vers.stat,, 33, 311 (1886). —2) Wl. Butkewitsch, Biochera. Ztsch., 12, 314 (1908). — 3) Derselbe," Ebenda, 41, 431 (1912). — 4) D. Prianischnikow, Russ. Journ. f. exp. Landw., 13, Heft 5 (1912); Rev. g6n. Botan., 25, 5 (1913). — 5) Erlenmeyer jun. u. Kunlin, Ber. ehem. Ges., 35, 2438 <1902); Lieb. Ann., ?37, 205 (1904). — 6) B. Hansteen, Ber. bot. Ges., 14, 302 (1896); Jahrb. wiss. Botan., 33, 417 (1899). § 2. Die Bildung von Proteinstoffen in den Laubblättem. 305 zu erläutern. Im Dunklen stehende Lemnakulturen wurden mit Zucker und Aminosäuren versorgt, und es ergab sich durch einige Kombinationen, wie Asparagin mit Glucose und Saccharose, aber auch Harnstoff mit Glucose, eine durch die MiLLONsche Reaktion verfolgbare EiweißveVmeh- rung gegenüber Kontrollpflanzen. Keine Resultate wurden hingegen mit Leucin, Alanin oder Kreatin erzielt. Ähnliche Ergebnisse wurden mit Keimlingen von Faba und Ricinus erhalten, wobei sich auch Glut- amin als verwendbar erwies. Weitergehende Schlüsse sind aber aus diesen nicht durch quantitativ - analytische Belege gestützten Versuchen kaum zu ziehen. Man könnte höchstens vermuten, daß auch bei den durch Asparagin und Glutamin erzielten günstigen Effekten nur Ver- arbeitung des abgespaltenen Amid-N in Frage kommt, und die Versuche aus irgend welchen Gründen hinsichtlich des Monamino-N keine Ent- scheidung herbeiführen konnteu. Hinzuweisen ist jedenfalls darauf, daß Monaminosäuren durch alle bisher untersuchten niederen Pflanzen gut verarbeitet werden und überdies Schulze (1) für Leucin und Tyrosin die Aufnahme durch Phanerogamen beobachtet hat. Nakamura(2) fand, daß Asparagin die Eiweißbildung bei etiolierten Hordeumpflänzchen stärker fördert als Darreichung von bernsteinsaurem Ammonium. Die Aufnahme von Asparagin durch abgeschnittene Laubblätter bei Licht- zutritt hat Saposchnikow(3) sichergestellt und auch die Eiweißvermeh- rung bestimmt. Hier, wie bei der Eiweißsynthese unter Nitratdarreichung, wird augenscheinlich sehr rasch Eiweiß gebildet, so daß sich beim natür- lichen Prozesse eine geringere Menge Kohlenhydrat nachweisen läßt, als der aufgenommenen Kohlensäuremenge entspricht. Offenbar ist bereits ein Teil des gebildeten Zuckers in der Eiweißsynthese und in anderen Vorgängen verbraucht worden. Doch möchte ich deshalb nicht mit Saposchnikow das Eiweiß als primäres Assimilationsprodukt ansehen. Vermehrter Kohlensäuregehalt der Luft steigert nach den Erfahrungen von Saposchnikow den Effekt der Eiweißsynthese nicht. Bei schwacher Beleuchtung kann Eiweißzunahme ohne gleichzeitige Kohlenhydrat- vermehrung erfolgen, ja es kann sich dabei die Kohlenhydratmenge sogar verringern. Bei Verdunkelung „wandert" das Eiweiß aus den im Zu- sammenhange mit der Pflanze stehenden Blättern, ebenso wie die Kohlenhydrate aus, was schon früher A. Meyer bewiesen hatte. Ver- suche von Palladin(4), in welchen Zuckerlösung etiolierten Keimblättern von Vicia Faba dargereicht wurde, zeigten, daß die Eiweißsynthese durch stärker brechbare Lichtstrahlen begünstigt wird. Hier dienten die Spal- tungsprodukte der Reserveproteide als Bildungsmaterial. Im übrigen ist die Frage, ob das Licht einen Einfluß auf die Eiweißsynthese bei Dar- reichung von Aminosäuren und Zucker haben kann, noch nicht endgültig zu beantworten. Zum Beweise der Eiweißsynthese in den natürlich vegetierenden Laubblättern können schließlich Erfahrungen (5) heran- gezogen werden, welche zeigten, daß der Prozentgehalt an Gesamt-N in assimilierenden Blättern, bei denen man einseitig die Abfuhr der gebil- deten Stoffe durch Durchtrennung der Leitbündelstränge unmöglich ge- macht hat, trotz bedeutend erhöhten Gehaltes an Kohlenhydraten, ziem- lich unverändert bleibt. Bezüglich des Sitzes der Eiweißsynthese ist die 1) E. Schulze, Landw. Vers.stat, 56, 97 (1901); 57, 293 (1902). Schulze u. KissER, Ebenda, 36. 1 (1889). — 2) T. Nakamura, Bull. Agr. Coli. Tokyo., II, 465 (1897>. — 3) W. Saposchnikow, Bot. Zcntr., 63, 24G (1895). Justs Jahresber. (1895), I, '297. — 4)-W. Palladin, Rcv. g^n. Botan., //, 81 (1899). — 5) F. Czapek, Sitz.ber. Wien. Ak., 106, 1, 1. März 1897, p. 122. Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 20 306 Fünfundvierzigstes Kapitel: Der Eiweißstoffwechsel der Laubblätter. zuerst von Schimper(i) ausgesprochene Ansicht, daß die Proteinbildung vorzüglich in den Mesophyllzellen stattfinde, immer wahrscheinlicher ge- worden. Die abweichende Ansicht von A. Fischer (2), wonach die Geleitzellen der Siebröhren die Stätte der Eiweißbildung sein sollen, ist recht wenig plausibel. In neuerer Zeit ist wiederholt die Meinung ge- äußert worden, daß man direkt die Chloroplasten als Organe der Eiweiß- synthese auffassen könne. Dazu neigte Schimper, ferner Chrapo- witzky(3), welcher darauf aufmerksam machte, daß bei der Eiweiß- bildung von ausgehungerten Pflanzen zunächst in den Chloroplasten die Eiweißanreicherung nachzuweisen ist. ÄhnHche Erfahrungen sammelte A. Meyer an Tropaeohim blättern (4). Schon früher hatte Monteverde (5) auf das Fehlen von Kalisalpeter im Mesophyll hingewiesen, und Zacha- RiAs(6) gefunden, daß bei Orchis-Arten Eiweißstoffe besonders reichlich in den Chlorophyllkörnern des Mesophylls und in den Leukoplasten der Epidermiszellen vorkommen. Doch alle diese Befunde vermögen die Annahme, daß gerade die Chloroplasten eine entscheidende Rolle bei der Eiweißsynthese spielen, nicht streng zu beweisen, wenn hierfür auch manche beachtenswerte Momente sprechen. Viel weniger begründet ist es, eine Tätigkeit des Zellkernes bei der Eiweißsynthese anzunehmen, wie es früher mehrfach versucht worden ist (7). Über den Ort der Synthese der Nucleoproteide läßt sich gleichfalls nichts Bestimmtes an- geben (8), doch scheinen die Vegetationsspitzen Stellen lebhafter Neu- bildung von Nuclein zu sein, wenn man auch für jede teilungsfähige Zelle die Fähigkeit zur Nucleinsynthese anzunehmen haben wird. Die Frage, inwieweit die Eiweißsynthese durch Darreichung ver- schieden hoher Dosen von Ammoniaksalzen, Nitraten oder Aminosäuren gesteigert werden kann, bedarf noch der exakten Untersuchung. Praktische Versuche zeigten, daß man durch sehr starke N-Düngung eine namhafte Eiweißvermehrung erzeugen kann, doch dürfte nach Ad. Mayer (9) die Proteinbildung über eine gewisse naheliegende Grenze nicht gesteigert werden können, so daß in der Nähe dieses Grenzwertes die Stickstoff- nahrung nur ungenügend ausgenützt wird. Ungewiß ist es, ob die Förderung der Chlorophyllbildung durch reichliche N-Zufuhr (1 0) mit einer Steigerung der Eiweißbildung zusammenhängt. Auch auf die Wichtigkeit der Phosphatzufuhr hat Mayer (11) aufmerksam gemacht. Hierüber sind ferner neuere Arbeiten von Iwanow und von Scurti einzusehen (12). 1) A. F. W. Schimper, 1. c. — 2) A. Fischer, Sitz.ber. Kgl. sächs. Ges. d. Wiss. Leipzig (1885), p. 276. Die große Menge von Eiweißstoffen, welche nach wiederholten Analysen (Davy, Elem. d. Agric. Chem. (1814), p. 166; Zacharias, Botan. Ztg. (1884), p. 65; Gr. Kraus, Sitz.ber. Nat. Ges. Halle (1884) im Sieb- röhreninhalte vorkommt, dürfte, wie derzeit ziemlich allgemein nach dem Vorgange von J. Sachs angenommen wird (vgl. auch Czapek, 1. c. 1897) irgendwie mit Stoff- transporten zusammenhängen. Nur Blass, Ber. bot. Ges. (1890), p. 56; Jahrb. wiss. Bot., 22, 253 (1890) wollte dies (wohl unberechtigterweise) in Abrede stellen. — 3) W. Chrapowitzky, Botan. Zentr., 39, 352 (1889); Justs Jahresber. (1887), I, 164. Vgl. auch Strasburger, Leitungsbahnen, p. 918. — 4) A. Meyer, Flora, iii, 85 (1918). — 5) Monteverde, Justs Jahresber. (1882), I, 57. — 6) E. Zacharias, Botan. Ztg. (1883), p. 209. — 7) Vgl. E. Strasburger, Zellbild. u. Zellteilung, 3. Aufl., p. 371. Haberlandt, Lage u. Funktion des Zellkerns (1887), p. 116, hat bereits mit Recht diese Ansicht für unerwiesen erklärt. — 8) L. Iwanow, Botan. Zentr., loi, 488 (1906). — 9) Ad. Mayer, Landw. Vers.stat., 55, 453 (1901). — 10) Vgl. Gilbert, Chem. News (1886); H. Müller, Biedermanns Zentr. Agr. Chem., 24, 454. Nach J. Urban, Ztsch. Zuck. Ind. Böhm., 42, 281 (1918), sind helle Blätter der Zuckerrübe N-ärmer als dunkelgrüne. — 11) A. Mayer, Landw. Vers.stat., 41, 433 (1892). — 12) L. Iwanow, 1. c. F. Scurti, Staz. Spcr. Agr. Ital., 41, 456 (1908); Ann. Staz. Chim. Agr. Sper. Roma (2), 2, 246 (1908). Sechsundvierzigstes Kapitel : Die Aufnahme v. Stickstoffverbind, durch d. Wurzeln. 307 Salzlösungen, 0,3 bis 0,4% NaCl, entfalten nach Hansteen einen ent- schieden hemmenden Einfluß auf die Eiweißbildung aus Zucker und Asparagin bei Lemna. Weiter verfolgt wurde diese Erscheinung bisher nicht. Das Endergebnis unserer Darlegungen über die Eiweißsynthese in den Laubblättern ist daher in vielen Hauptpunkten ein gänzlich negatives, und wir wissen heute nicht, wie es möglich ist, die verschiedenen Amino- säurekerne des Eiweißes aus dem einheitlichen Materiale zu formieren und gesetzmäßig miteinander zu vereinigen. Nach Osborne(1) könnte man annehmen, daß die Pflanzen darin der tierischen Zelle voraus sind, daß sie die cyclischen Eiweißkerne: Tyrosin und Tryptophan, konstruieren können, wogegen Tiere bei Darreichung eines tyrosin- und tryptophan- freien Proteins oder Aminosäuregemisches ihr Stickstoffgleichgewicht nicht aufrecht erhalten können. Deshalb kann Tieren Fütterung mit Asparagin allein die Eiweißnahrung nicht ersetzen (2). Aber davon abgesehen, daß den Tieren (ob auch manchen Pflanzen?) die Eigenschaft der „Cyclo- poiese" (Osborne) fehlt, können auch tierische Organismen ihr arteigenes Eiweiß nicht anders gewinnen, als daß sie das aufgenommene Eiweiß bis in die Aminosäuren zerlegen, und aus diesen ihr eigenes Eiweiß auf- bauen, so daß man das Nahrungseinweiß auch durch ein vollständiges Gemisch aller nötigen Aminosäuren vollkommen ersetzen kann (3). Sechs und vierzigstes Kapitel: Die Aufnahme von Stickstoff - Verbindungen durch die Wurzeln. §1. Allgemeine Bemerkungen. Resorption von Ammoniaksalzen. Nach Widerlegung der Meinung, daß der freie Stickrtoff der Luft durch die oberirdischen Teile der Pflanzen aufgenommen und ausgenutzt werden könne, war man auf die Annahme hingewiesen, daß die Auf- nahme von Stickstoffverbindungen durch die Wurzeln aus dem Substrate als die ausschließliche Art der Versorgung mit Stickstoff für die höheren Pflanzen zu betrachten sei. Es war, wie bekannt, das Verdienst von BoussiNGAULT (4), in einer langen Reihe von erschöpfenden und muster- haft kritischen Experimentaluntersuchungen gezeigt zu haben, daß die phanerogamen Gewächse nicht dazu befähigt sind, den Luftstickstoff aus- zunutzen; der Wert dieser Untersuchungen vermindert sich in keiner Weise dadurch, das Boussingault das lauge vorher bekannte auffällige Verhalten der Leguminosen, welches durch die Stickstoffixierung in ihren Wurzelknöllchen bedingt, hierbei nicht gewürdigt hat. Die Arbeiten Hellriegels, denen sich die bestätigenden Versuche von P. Wagner anreihen, zeigten in klarster Weise, die Abhängigkeit des Gedeihens 1) Th. B. Osborne u. L. B. Mendel, Ztsch. physiol. Chem., So, 3G7 (1912). — 2) M. Müller, Pflüg. Arcli., iiy, 497 (1907). — 3) Vgl. H. Lüthje, Pflüg. Arch., jrj, 547 (1906); Ber. Senckenberg. nat.forsch. Ges. Frankfurt (1908). p. 102. — 4) J. B. Boussingault, Agronomie, r, 1 — 136; 2, 307. Die Landwirtschaft, deutsche Übersetzung, 4, 267. 20* 308 Sechsundvierzigstes Kapitel : Die Aufnahme v. Stickstoffverbind, durch d, Wurzeln. verschiedener phanerogamer Pflanzen von dem Reichtume des Bodens an N-Verbindungen, von deren Aufnahme durch die Wurzeln die Eiweiß- synthese in der Pflanze somit überhaupt in erster Linie bestimmt wird. Wünschenswert wäre es, diese Studien für die verschiedenen Formen der Wasserpflanzen zu erweitern, wodurch möglicherweise noch interessante biologische Tatsachen aufgedeckt werden könnten, und eine etwaige Teil- nahme der submersen und schwimmenden Blätter an der Stickstoff- gewinnung richtig eingeschätzt würde (1). Vor den Arbeiten von Saussure (2) herrschte über den Modus der Stickstoffbeschaffung der Pflanzen v^enig Klarheit, und verschiedene Forscher hielten es für zulässig, an eine Aufnahme von Luftstickstoff durch alle grünen Teile zu denken. Saussure lenkte bereits die Aufmerksamkeit auf die Möglichkeit, daß der Ammoniakgehalt der Atmosphäre, welcher dem Boden stets kleine N Hg- Mengen durch die Niederschläge mitteilt, mit der N- Versorgung der Gewächse in Beziehung gebracht werden könne, eine An- sicht, die bekanntlich später von Liebig (3) näher ausgeführt und energisch vertreten worden ist. Wir finden zu dieser Zeit auch bei Dumas (4) und Schattenmann (5) die Bedeutung von Ammoniumsalzen als Düngermaterial einer Würdigung unterzogen, während die hervorragende Eignung und bio- logische Wichtigkeit der salpetersauren Salze erst etwas später durch BoussiNGAULT gebührende Beachtung erlangte. Die Synthese von Eiweißstoffen aus dem aufgenommenen Material findet partiell wahrscheinlich bereits in den Wurzeln statt, wenn auch aus den im vorigen Kapitel dargelegten Tatsachen der Schluß gestattet ist. daß weitaus die größte Menge der aufgenommenen N-Verbindungen erst in den Assimilationsorganen zu Proteinsubstanzen verarbeitet wird, wo die reichliche Gegenwart von Zucker und auch die wirksamen Faktoren von Wärme, Licht und Sauerstoffzutritt in günstigster Weise ihre Wirkung entfalten können. Von dem unglücklichen Versuche Mulders (6), welcher eine Proteinsynthese in den Wurzelenden auf Kosten der Huminstoffe als den wichtigsten Vorgang der Eiweißbildung in der Pflanze annahm, darf man heute absehen. In neuerer Zeit hat Müller-Thurgau(7) interessante Beobachtungen gesammelt, die auf eine Eiweißbildung in den Wurzeln selbst bezogen werden können. Von dem Wurzelsystem ver- schiedener Pflanzen entfernte der genannte Forscher alle Seitenwurzeln bis auf vier, von denen er je zwei in eine stickstoffreie und in eine vollständige Nährlösung tauchen ließ. Nach Verlauf einiger Zeit waren an den beiden, aus den belassenen Seitenwurzeln entstandenen Wurzel- systemen sehr erhebliche Differenzen in der Entwicklung zugunsten der mit N versorgten Wurzeln sichtbar. Allerdings spielen bei derartigen Versuchen Wachstumsreize und Korrelationen eine so große Rolle, daß der Ernährungserfolg und die Möglichkeit einer lokalen Eiweißsynthese nicht als allein wirksamer Faktor bei diesen Resultaten angesehen werden kann. Übrigens wissen wir aus verschiedenen Beobachtungen [Peter- mann, KosiNSKi(8)], daß Stickstoff hunger Überverlängerung der Wurzeln, 1) Einige biologische Gesichtspunkte entwickelt H. Fischer, Arch. Hydrobiol., II, 417, besonders hinsichtlich der Ansiedelung N-fixicrender Bacterien an Wasser- pflanzen. — 2) Th. de Saussure, Rech. chim. sur la veg^t. (1804), p. 206. — 3) J. V. Liebig. Die Chemie u. ihre Anwendung usw. (1843\ p. 303. — 4) Dumas, Ann. Chim. et Phys. (3). 4- 116 (1842). — 5) Schattenmann, Ebenda (3), rr, 236 1844). — 6) Mulder, Physiol. Chem. (1844), p. 765. — 7) Müller-Thurgau, Biedermanns Zentr. Agr. Chem. (1880). p. 42. Ann. Önol., 8. 239 (1880); 25, 695 (1896). — 8) A. Petermann, Justs Jahresber. (1890), I, 55. Kosinski, «t. bei § 1. Allgemeine Bemerkungen. Resorption von Ammoniaksalzen. 309 besonders bei Zuckerdarreichung erzeugt, während Stickstoffernährung das Wachstum der Wurzeln relativ herabsetzt und das Stengelwachstum begünstigt. Godlewski(I) fand in Bestätigung dieser Angaben, daß von der Gesamttrockensubstanz der Pflanze das Wurzelgewicht die höchsten Werte in N-freien zuckerhaltigen Nährlösungen erreicht. Vielleicht läßt es häufig die Konkurrenz der nitratbildenden Bac- terien im fruchtbaren Ackerboden kaum zu, daß die Kulturgewächse er- heblichere Mengen von Ammoniumsalzen aufnehmen können. In Hoch- moorboden steht jedoch nach Ritter (2) gar kein Nitrat, sondern nur organischer Stickstoff und Ammoniumsalze zur Verfügung. In den von ihm untersuchten unbebauten Böden fand A. Baumann (3) nur un- bestimmbare Spuren von Nitrat und wenige Milligramm NH^-Stickstoff pro Kilogramm Boden. Ob man daraus auf eine Prävalenz der Auf- nahme von NH^-Stickstoff gegenüber Nitrat-N bei den auf solchen Böden gedeihenden Pflanzen schließen darf, ist zweifelhaft. Die Konkurrenz- frage zwischen Nitrat und Ammoniak in der N-Versorgung der Blüten- pflanzen auf verschiedenem Bodensubstrat bedarf gewiß noch weiterer Untersuchung (4), Über der Erkenntnis der natürlichen Wichtigkeit und der hohen Eignung der salpetersauren Salze für die Ernährung der Kulturpflanzen hat man es längere Zeit hindurch zu wenig gewürdigt, daß Ammoniumsalze unter verschiedenen Bedingungen mindestens ebenso geeignete Nährstoffe für Phanerogamen darstellen können. Die älteren Versuche von Schattenmann und Kühlmann (5), welche die günstigste Menge von Ammoniumsalzen in Düngungsversuchen zu bestimmen trachteten, hatten den Faktor der bacteriellen Nitrification noch nicht berücksichtigt, was auch bei der verschiedenen Deutung der Erfolge von Nitratdarreichung und Ammoniakdarreichung in den Arbeiten von Salm- HoRSTMAR, BoussiNGAULT uud ViLLE ius Gewicht fällt. In den Ruf schlechtere N-Quellen zu sein als Nitrate, kamen die Ammoniumsalze späterhin besonders durch die Erfahrungen von Knop(6) und anderen Forschern an Wasserkulturen; auch Birner und Lucanus (7) sahen nicht immer den gleichen guten Erfolg bei Ammoniumsalzen. Daß jedoch Ammoniumsalze allein auch bei Wasserkulturen gute Resultate ergeben, haben schon Kühn und Hampe(8) gezeigt. Beachtenswert für etwaige schädliche Wirkungen ist es jedenfalls, daß bei Darreichung von Ammonium- salzen starker Mineralsäuren, wie Pantanelli und Severini (9) bei sterilen Wasserkulturen zuletzt genauer verfolgten, durch die stärkere Verarbeitung des NHi-Ions eine Ansäuerung zustande kommt, und um- gekehrt bei Darreichung von organischen Ammoniumsalzen, wie Tartrat, GoDLEWSKi, Zur Kenntnis der Eiweißbildung in den Pflanzen. Krakau (1903). Phvsiol. Störungen durch Fehlen von N- Quellen im Boden: Lipman, Phytopathology, 5, 111 (1915). 1) E. GoDLEWSKi, Zur Kenntnis der Eiweißbildung in den Pflanzen. Krakau (1903), p. 347 ff. — 2) G. A. Ritter, Internat. Mitteil. f. Bodenkunde, 2, 533 (1912). — 3) A. Baumann, Landw. Vers.stat., 33, 247 (1887). — 4) Übersicht: P. Ehrenberg, Mitteil. d. landw. Inst. Breslau, 4, Heft I/II. Berlin 1907. — 5) Kuhlmann, Compt. rend., 17, 1118; Ann. Chim. et Phys. (3), 20, 223 (1847). - 6) W. Knop, Landw. Vers.stat., 2, 75 (1860). — 7) Birner u. Lucanus, Ebenda (1866), p. 148. — 8) G. Kühn u. Hampe, Ebenda (1867), p. 157, 167. — 9) E. Pantanelli u. G. Severini, Staz. Sper. Agr. 43, 449 (1910). — Verwendung von „Ammoniumpermutit" als N- Quelle: D. J. Hissink, Landw. Vers.stat., 81, 377 (1913). ,,Permutite" sind künstliche Zeolithe oder wasserhaltige Erdalkali- Aluminatsilikate, die NH, stark adsorbieren. Wiegner, Journ. Landw. (1913), p. 11. Lemmeemann, Landw. Jahrb., 45, 127 (1913). 310 . Sechsundvierzigstes Kapitel : Die Aufnahme v. Stickstoffverbind, durch d. Wurzeln. durch ein rascheres Verschwinden der Anionen die Lösung alkalisch werden kann. Insofern hat man ein Recht, das Ammoniumsulfat als einen „physiologisch sauren Stoff" hinzustellen (l ). Von diesem Gesichts- punkt aus sind wohl auch die von Prianischnikoff, Kablukow und MoROSOW(2) studierten Wirkungen von NH^-Salzen auf Lupinus luteus und Pisum zu verstehen, die sich in einer Asparaginansammlung äußern, und durch Zusatz von CaCOj zu beheben sind. So sind die in der Literatur verzeichneten Erfolge mit Ammonium- und Nitratdarreichung nicht, immer leicht zu deuten. Bei der eingehenden Prüfung der Sache durch Pantanelli und Severini (3) stellte es sich so dar, daß im ganzen Ammoniumsalze besser ausgenutzt werden, besonders die organischsauren, sobald man die Aufnahme nicht so rasch vor sich gehen läßt, daß durch i'ückbleibende Anionen Ansäuerung eintritt. Gerste scheint gegen NH^- Salze empfindlich zu sein (4). Nitrat lieferte bei Triticum die stärkste Krautproduktion, wurde aber von einigen Ammoniumsalzen im Samen- ansatz übertroffen. Hutchinson und Miller (5) glaubten bei derselben Pflanze unter den von ihnen gewählten Bedingungen eine Bevorzugung der Nitrate zu erkennen, , während Pisum keinen Unterschied zwischen Ammonium und Nitrat machte. Nach Pitsch und van Lockeren- Campagne (6) vermögen verschiedene Kulturgewächse in sterilisiertem Boden mit Ammoniumsalzen gut zu gedeihen; desgleichen sah Muntz(7) bei Phaseolus, Mais und Cannabis in sterilisiertem Boden unter Dar- reichung von Ammoniumsulfat gute Entwicklung, und auch Griffiths (8) berichtete über ähnliche Erfahrungen. Doch soll nach Pitsch (9) der Ernteertrag bei Amraoniumdüngung trotz normaler Entwicklung der Pflanzen ein geringerer sein als bei Nitratdarreichung, und Pichard (1 0) fand gleichfalls eine solche Überlegenheit der Nitratdarreichung. Möglich ist es, daß die begünstigende Wirkung in verschiedenem Lebensalter nicht gleich ist, und es ist in dieser Richtung auf die Angabe von Heiden (11) hinzu 'veisen, wonach Seeale und Lupinus in jugendlichem Alter durch NH4-Salze leicht geschädigt werden. Für Zea mays fand Soave aus- gesprochen besseres Gedeihen bei Ammoniumsalzdarreichung (12), und nach Nagaoka(13) scheinen bei Sumpfreis Nitrate überhaupt nicht so gut zu wirken wie Ammoniumsalze. Auch Kellner (14) gibt an, daß Sumpfreis in der ersten Entwicklung von NH^ sehr begünstigt wird, und 1) Vgl. D. Prianischnikow. Ber. bot. Ges., 2ö, 716 (1908). P. Ehrenberg, Landw. Vers.stat., 6g, 259 (1908). — 2) Prianischnikow, ref. Bot. Zentr., 138, 158; Rev. g6n. Bot., 25, Nr. 289 (1914). Auch Söderbaum, Medd. Centr. Anst. Försöksväs., Nr. 156 (1919). — 3) E. Pantanelli u. G. Severini, Staz. Sper. Agr., 44, 873 (1911). — 4) Söderbaum, 1. c. u. Kgl. Ak. Handl. Stockholm, 55, 57 (1916). — 5) H. B. Hutchinson u. N. H. J. Miller, Journ. Agr. Sei., j, 179 (1909). ~ 6) 0. Pitsch u. van Lockeren-Campagne, Landw. Vers.stat., 34, 217 a887). — 7) A. Muntz, Compt. rend., 109, 646 (1889). — 8) A. B. Griffiths, Chem. News, 64, 147 (1891); Chem. Zentr. (1891), II, 820; D. Prianischnikow, Russ. Journ. f. exp. Landwirtsch., jj, Heft 5 (1912). L. Lutz, Bull. Soc. Bot., 52, 194 (1905). Seelhorst u. Voigt, Journ. Landw.. 64, 23 (1916). Zielstorff, B1. f. Zuckerrübenbau, 23, 277 (1916). — 9) 0. Pitsch, Landw. Vers.stat., 42, 1 (1893). — 10) P. Pichard, Compt. rend., 117, 125 (1893). Nach W. Krüger, Landw. Jahrb., 34, 761 (1905), ist NH« für Kartoffel mindestens gleich gut geeignet wie NO,. Rübe ist hingegen NO,-liebend; vgl. Aso, Chem. Zentr. (1906), II, 550. — 11) E. Heiden, Nat.forsch. Vers. Cassel (1878), p. 256. — 12) M. Soave, Ann. di Botan., 4, 99 (1906). Ann. Accad. Agric. Torino, 48 (1906); Gerlach u. Vogel, Zentr. Bakt., II, 14, 124 (1905). — 13) M. Nagaoka, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 6, 285 (1904). — 14) 0. Kellner, Landw. Vers.stat., 30, 18 (1884). Vgl. auch Harz, Bot. Zentr., 29, 223 (1887). § 1, Allgemeine Bemerkungen. Resorption von Ammoniaksalzen. 311 Nitrat stark hemmt, während später Nitrate diese Wirkung nicht besitzen. Zu berücksichtigen wird auch sein, daß die Natronzufuhr mit Natron- salpeter für manche Gewächse nicht gleichgültig sein dürfte (l). Schu- ^ow(2) sah gewisse hemmende Effekte durch Ammoniumsulfat nach Darreichung von Ammoniumnitrat verschwinden. Daß man in Ammoniumsalzkulturen nicht alles in der Pflanze nach- weisbare Ammonium als aufgenommenes NH4 ansehen darf, ist selbstver- ständlich, da viele Spaltungsprozesse sekundär NH4 liefern können, und tatsächlich im Stoffwechsel auch fortwährend liefern. In methodischer Hinsicht, in bezug auf Ammoniakbestimmung im Substrate: Wasser und Boden, sei auf die einschlägigen Arbeiten von Boussingault und Berthe- lot (3) verwiesen, wo die zu beachtenden Einzelheiten näher dargelegt sind. Bezüglich des mikrochemischen Nachweises von NH4 und die Feststellung der Verbreitung in Pflanzengeweben verweise ich besonders auf die Angaben von Weevers (4). Im Anschluß an die Aufnahme von Ammoniumstickstoff muß auch auf die Wirkung des Cyanamides hingewiesen werden, welches in neuerer Zeit als technisches Produkt in Gestalt des Kalkstickstoffes, der aus rohem, mit Kalk und Kohle gemengten Calciumcyanamid besteht, praktische Be- deutung als landwirtschafthches Düngemittel erlangt hat (5), Durch eine große Zahl von Arbeiten (6) steht es wohl sicher, daß bei geeignetem Vor- gehen der Kalkstickstoff in bezug auf seine Wirkung als Stickstoffnahrung dem Ammoniumsulfat nicht nachsteht. Im Gegensatze zu älteren Pflanzen sind Keimlinge gegen diesen Stoff empfindlich (7). Nach Inamura(8) soll ein Zusatz von saurem Doppelsuperphosphat gegen einen bei der Zer- setzung etwa auftretenden Überschuß von alkalischen Verbindungen vor- teilhaft wirken. Auch als Rübendünger war Kalkstickstoff brauchbar (9). In den Gefäßversuchen von Wagner (1 0) erwies sich allerdings der Kalk- stickstoff dem Nitrat und Ammoniumsulfat etwas inferior. Einem von 1) Vgl. F. LöHNis u. E. Blobel, Fühlings Landw. Ztg. (1908), p- 385; Pantanelli u. Severini, 1. c. — 2) J. Schulow, Journ. Opetn. Agron. Petersb., 13, 207 (1913). Journ. exper. Landw., 13, 200 (1913). — 3) Boussingault, Agr. nomie, II, 150; III, 206. Berthelot u. Andre, Ann. Chim. et Phys. (6), 11 (1887). — 4) Th. Weevers, Rec. TraV. bot. N6erl., 13, 63 (1916). — 5) Kalkstick- stoff: N. Caro, Ztsch. angew. Chem., 23, 2405 (1910); M. Le Blanc u. M. Esch- mann, Ztsch. Elektrochem., 17, 20 (1911); K. Kappen, Chem.-Ztg., 35, 950 (1911); Pluvinage, Nature, 81, 222 (1909); G. Bredig, Ztsch. Elektrochem. (1907), Nr. 9, p. 69; E. J. Pranker, Journ. Ind. Eng. Chem., 5, 159 (1913); Hill u. Landis, Ebenda, 6, 20 (1914). A. Stutzer u. Haupt, Journ. Landw., 63, 385 (1916). — 6) E. Wein, Verh. Nat.forsch. Ges. (1904), II, i, 162; K. Aso, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 7, 47 (1906); A. Muntz u. P. Nottin, Mon. Sei. (4), 21, II, 541 (1907); S. UcHiYAMA, Bull. Imp. Centr. Agr. Ex. Sta., i, 93 (1907); L. Zerbini, Ann. Uff. Prov. Agr. Bologna, 12, 83 (1905); E. Wein, Verh. Nat.forsch. Ges. (1905), II, 1, 119; B. Steglich, E})enda, 147; R. Otto, Ebenda, 150; A. Stutzer, Ebenda (1908), II, J, 126; Zuckerrohr: C. J. Milo, Med. Proefstat. Java Suik. Ind. (1912), p. 427 u. 601; E. DE Kruyff, Teysmannia (1908), p. 357. Getreide: S. de Grazia, Staz. sper. agr., 41, 857 (1908)." Oswald u. Weber, Landw. Jahrb., 47, '79 (1914). Krijger, Roemer u. Ringleben, Ber. über Landwirtsch., 1914, Heft 34. Für Moor- boden: Tacke u. Brüne, Landw. Vers.stat., 83, 1 (1913). Gully, Dtsch. landw. Presse, 45, 371 (1919). — 7) Bartsch, Verh. Nat. Ges. (1904), II, j, 166. Trnka u. Mysik, Ztsch. landw. Vers.wes. Österr., 18. .58 (1915). — 8) R. Inamura, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 7, 53 (1906). — 9) F. Strohmer,, Öst.-Ung. Ztsch. Zuck.Ind., 35, 663 (1907). A'. Aulard, Bull. Assoc. Chim, Sucr., 24, 1653 (1907). J. Vanha, Ztsch. landw. Vers.wes. österr., 12, 785 (1909). — 10) P. Wagner, Dorsch, Hals, Popp, Landw. Vers.stat., 66, 285 (1907). 312 Sechsundvierzigstes Kapitel : Die Aufnahme v. Stickstoff verbind, durch d. Wurzeln. PoLLACCi(l) hergestellten Präparate sollen die alkalischen Wirkungen des gewöhnlichen Kalkstickstoffes nicht zukommen. Cyanamid polymerisiert sich beim Stehen mit Wasser leicht zu Di- cyanamid. Zunächst gibt Calciumcyanamid Ca : N • CN unter dem Ein- flüsse des Wassers unter Abspaltung von Calciumhydroxyd das einbasische Salz Ca(HN • CN)2. Dieses geht unter nochmaliger Abspaltung von Kalk in freies Cyanamid über: HgN-CN. Das Cyanamid gibt dannDicyandiamid: NH NH :C«"'- ^-"'"- "- •sr tir -r s™^«" "^T "'"" ''c«t" Proz. Proz. Proz. Proz. Proz. Proz. Proz. Stiel 7,2 6,67 5,91 6,43 8,43 8,81 7,47 Hut 9,14 8,10 9,24 7,37 9,93 10,92 9,79 Oberer Teil d. Hutes 7,97 9,29 9,25 Hymenium . . . 8,75 8,45 10,11 Bei Elaphomyces hirtus fand IssOGLio (5) im lufttrockenen kernfreien Peridium 11,83% Wasser und 2,73% Asche. Der Kern hatte 12,71% Wasser und 1,7% Asche. Merulius lacrimans enthält nach Poleck 6,33— 9,66% Aschenstoffe. Geoglossum dif forme nach Ghurch (6) 13,87% Aschenbestandteile; Zega (7) fand an Aschengehalt der Frischsubstanz bei Lactaria piperata 0,98% (Wassergehalt 85,7%) und bei Coprinus comatus 0,49.% (Wassergehalt 94,31%). Das als Pachyma cocos bekannte Scleruotim enthält nach Keller (8) 3,64% Asche. Im Mutterkornsclerotium fand Heinrich (9) 1) Mineralische Bestandteile der Pilze: H. Fischer, Lafars Handb. techn. Mykol., j, 222; Pilzanalvsen: H. T. F. Rhodes, Chem. News, 109, 28 (1914). — 2) A. V. Lösecke, Arch." Pharm. (1876), p. 133. — 3) Rubner, Arch. f. An. u. Phys., 1915, p. 286. — 4) Margewicz, Just (1885), I, 85; Strohmer, Chem. Zentr. (1887), p. 165. — 5) IssoGLio, Gazz. chim. ital, 47, 31 (1917). - 6) A. H. CnuRcrf, Journ. of Bot. (1875), p. 169. — 7) A. Zega, Chem. Zentr. (1902), I, 362. — 8) J. L. Keller, Amer. Journ. Pharm. (1876), p. 653. — 9) R. Heinrich, Jahresber. Agr. Chem. (1894), p. 228. § 3. Die Aschenstoffe bei höheren Pilzen. 333 3,417% Reinasche. Die von Parsons (1) untersuchten Sporen von Ustilago Maydis enthielten 5,47% Gesamtasche. Zur Illustration, wie sich die Gesamtasche auf die einzelnen Bestand- teile verteilt, mögen folgende Zahlenangaben dienen (in Prozenten der Gesamtasche ausgedrückt). K,0 Na,0 CaO MgO Fe,03 P,0, SO3 SiO, Cl Boletus edulis Bull. (2) . . 57,76 0,87 5,95 2,41 0,98 26,08 8,42 3,55 „ luteus L.(2) . . . 58,10 3,99 - 0,53 21,74 „ Bcaber Bull. (2) . . 56,09 1,65 — — 1,11 20,27 Clavicep9 purpurea (3) . . 35,52 1,28 0,98 6,32 1,01 50,56 0,14 Polyporus officinalis (4) . . 24,80 2,81 2,27 9,69 - 21,56 2,53 2,33 4,33 Tuber cibarium (5) . . . . 25,15 1,10 9,40 0,20 3,20 30,25 4,65 10,0 0,2 Polysaccum pisocarpium (6) 54,34 3,45 0,11 2,30 0,94 21,43 2,31 1,63 1,04 Nach Haensels Analysen (7) in Proz. der Trockensubstanz in Proz. der Asche Asche PjOj Fe^Og P,0, Fe,0, „Pfifferling" Cantharellus cibarius 9,828 0,8798 0,134 8,954 1,3614 „Ziegenbart" Ciavaria botrytes Pers. oder Clavariella formosa (Pers.) 6,4 0,8926 0,038 13,915 0,5935 „Steinpilz" ßolelus edulis Bull. . 5,62 1,0329 0,012 18,379 0,2135 Bei Amanita muscaria fanden Heinisch und Zellner (8) die Asche sehr kalireich (41 -44%), reich an P2O5(20,77~23,13%) und Chlor (6,41 -6,88%), aber arm an Kalk (0,21—0,53%), wie in den meisten voranstehenden Bei- spielen. Die Asche von Peridium und Kern bei Elaphomyces hirtus ist nach IssoGLio (9) reich an K und PO4, enthält wenig Mg, Ca, Si und SO3. Ähn- lich scheint es nach Zellner (10) bei den Aschenstoffen von Panus stypticus. Über KCl-Gehalt verschiedener Pilze Angaben bei Bourquelot (11). An sonstigen Aschenstoffen wurde Mangan öfters gefunden: in Lactaria piperata durch Bissinger (12),' von Chatin (13) in Tuber cibarium und Terfezia, von Fritsch (14) bei Boletus edulis, Polysaccum pisocarpium und Can- tharellus cibarius. Der letztgenannte Autor fand bei diesen Pilzen übrigens auch Spuren von Lithium und Kupfer auf, ferner etwas Tonerde. 15,66% der Asche wurden an Tonerde in Bovista gigantea von Nettle- FOLD (15) gefunden. Jod soll nach Chatin in Spuren in Tuber und Terfezia enthalten sein. — An Arsen fanden Jadin und Astrug(16) pro 100 g Trockensubstanz bei Pratella campestris 0,006 mg, bei Tuber melanosporum 0,020 mg. Die Veränderungen im Gehalte an Aschenstoffen während des Entwicklungsganges sind bei Pilzen wenig untersucht. Fischer hat bei seinen erwähnten Studien Cantharellus cibarius in drei Entwicklungs- stadien analysiert, und konnte feststellen, daß die Trockensubstanz von 1) H. B. Parsons, Pharm. Journ. (1882), p. 810. — 2) N. Sokoloff. Just (1873), p. 697. — 3) R. Heinrich, Jahresber. Agr. Chem. (1894), p. 228. — 4) Schmieder, Arch. Pharm., 224, 641 (1886). — 5) Ch.\tin, Compt. rend., iio, 376 (1890). Andere Analysen: Wolff, /, 134; 2, 109. — 6) R. Fritsch. Arch. Pharm. (1889), p. 193. — 7) E. Haensel, Biochem. Ztsch., 16, 9 (19U9). — 8) W. Heinisch u. J. Zellner, Monatsh. Chem., 25, 537 (1904). — 9) Issoglio, Gazz. chim. ital., 47, 31 (1917). — 10) J. Zellner, Sitz.ber. Wien. Ak., IIb, 126, 183 (1917). - 11) E. Bourquelot, Bull. Soc. Mycol. (1894), p. 88. — 12) Bis- singer, Arch. Pharm. (1883), p. 321. — 13) Chatin, 1. c. u. p. 435; ebenda, 114, 46. - 14) R. Fritsch, Arch. Pharm. (1889), p. 193. — 15) F. Nettlefold, Chem. News, 55, 191 (1887). — 16) F. Jadin u. A. Astruc, Compt. rend., 154, 893 (1912). 334 Achtand vierzigstes Kapitel: Mineralstoffe bei Bacterien und Pilzen. 10,33% zu 9,21 Vo und 8,94% abnahm, während der Aschengehalt von 9,99% zu 10,4% und 10,57o zunahm, was zum Teil auf die Trocken- ßubstanzabnahrae und den Verlust an organischem Material zu beziehen ist. Zuletzt trat eine geringe Abnahme an PjOj ein von 13,1% auf 12,08 "/o- Der Kaligehalt nahm hingegen merklich zu von 58,99% auf 60,31%- Nach Iwanow (1) dürfte die im Hute der Agaricineen vor- handene Phosphorsäure wesentlich in organischer Bindung vorliegen, während im Stiel sich sowohl anorganische Phosphate als organisch ge- bundene PO4 nachweisen lassen. Die Verhältnisse von „Extrakt-P" und Protein-P bei Aspergillus prüften Koch und Reed(2); diese Autoren halten den Nuclein-P für die wichtigste Form des P in der Zelle, die nur im außergewöhnlichen Hungerzustande vermindert wird. Die nächst wichtige Form ist der Lecithinphosphor. Aspergillus niger enthält 68 7o seines Phosphors als „Fxtraktiv-P", 29 % als Protein-P und 3 % als Lecithin-P. §4. Resoiptioii von Aschenstoffen durch Bacterien. Die hochgradigen Differenzen und oft einzigartigen Kontraste, denen wir bei den einzelnen Gruppen und Lebensgenossenschaften der Bacterien auf dem Gebiete der Ernährungslehre begegnen, treten ebenso sehr in der Versorgung und Ausnutzung der Mineralstoffe hervor, wie hinsichtiich der Kohlenstoffverbindungen. Hier ist der ohne Beispiel in der Orga- nismenwelt dastehenden Erscheinung zu gedenken, daß bei den Eisen- bacterien und Schwefelbacterien nicht organische Substanzen als Substrat der Oxydation und Energiegewinnung dienen, sondern anorganische Ferro- salze, bzw. Schwefelwasserstoff. Für solche Bacterien spielt naturgemäß Eisen oder Schwefel eine ganz andere Rolle, ungleich tiefer eingreifend als bei anderen Organismen, und es mögen derartige Anpassungs- erscheinungen, von denen wir wahrscheinlich nicht alle kennen, dafür zur Lehre dienen, wie mißlich es ist, aus einigen Versuchen Schlüsse auf Bedarf an bestimmten Mineralstoffen, und auf bestimmte Funktionen von Verbindungen der einzelnen Grundstoffe im Organismus in allgemeinerer Weise zu ziehen. Schon Pasteur (3) bemühte sich, für die Essiggärungsbacterien die unbedingt nötigen mineraUschen Nahrungsbestandteile zu definieren, und meinte Kali, Magnesia, Kalk, ferner Phosphor in Form von Phosphorsäure seien unbedingt nötig, hingegen Schwefel nicht. H oyer (4) hat in neuerer Zeit diese Frage studiert, mit den abweichenden Ergebnissen, daß der Schwefel in die Zahl der unentbehrhchen Grundstoffe einzureihen sei, während der Kalk aus der Zahl der nicht entbehrlichen Elemente gestrichen werden kann. 1872 stellte F. Cohn (5) fest, daß die von ihm als „Bacterium termo" zu- sammengefaßten saprophytischen Bacterienformen trefflich mit Mineral- stoffen versorgt sind, wenn man ihnen die von A. Mayer für Hefe angegebene Mischung: enthaltend 0,1 g phosphorsaures Kali, 0,1 g schwefelsaure Magnesia, 0,01 g dreibasisch phosphorsauren Kalk auf 20 g destillierte» 1) L. Iwanow, Jahrb. wiss. Botan., j6, 363 (1901). — 2) W. Koch u. H. S. Reed, Journ. biol. Chem., 3, 49 (1907). — 3) L. Pasteur, fitudes sur le vinaigre (1868). Auch W. V. Knieriem u. A. Mayer, Landw. Vers.stat., 16, 314 (1873). — 4) HoYER, Zentr. Bact., 11, 3, 873 (1898). — 5) F. Cohn, Beitr. Biol. d, Pfl., x, 196 (1872). § 4. Resorption von Aschenstoffen durch Bacterien. 335 Wasser darreicht; zugleich zeigte Cohn, daß das Wachstum der Bacterien nur sehr gering ist, wenn die genannten Aschenstoffe nicht zugesetzt werden. Für harnstoff vergärende Bacterien konnte v. Jaksch(I) analoge Resultate feststellen. Nägeli (2) betrat neue Wege der Forschung, als er daran ging, nicht nur qualitative Variationen der mineralischen Nahrung unter Weg- lassung und Zuf ügung einzelner Salze anzubringen, sondern auch das quanti- tative Mischungsverhältnis der Mineralstoffe in seinem optimalen Punkte sicherzustellen. Nägeli empfahl bei geringem Bedarf der Mikroben an organischer Nahrung folgende Nährlösung: Wasser 100, weinsaures Ammon 1, KaHPO^ 0,1, MgSO^ 0,02, GaCla 0,01; verlangen die Bacterien eine bessere C- und N- Quelle, so tritt folgende Nährlösung an die Stelle der ersten: Wasser 100, Eiweißpepton 1 (statt dessen auch Rohrzucker 3 Teile, Ammon- tartrat 1 Teil); K^HPO^ Q,2; MgS04 0,04; CaClg 0,02. Letztere Gewichts- sätze sollen für .pathogene Arten auf ^3 oder ^/^ herabgesetzt werden. Aus der Beobachtung Nägelis, daß Nährlösungen, welche Kah, Rubidium- oder Caesiumsalz enthalten, sich rascher und viel stärker nach Impfung mit Spalt- pilzen trüben, als Nährlösungen, denen alle drei genannten Grundstoffe mangeln, werden wir heute nicht mehr direkt auf eine Ersatzfähigkeit dieser Metalle untereinander schließen, wie es Nägeli tat, da in dieseL Ver- suchen außerordentliche Vorsichtsmaßregeln zur Ausschaltung an Kali- salzspureu noch fehlten. Nach den letzten Untersuchungen an Bacill. fluorescens, pyocyaneus und chitinovorus durch Benecke (3) bleibt kein Zweifel, daß das Kaü durch kein anderes Alkalimetall ersetzt werden kann. Es gelang auch festzustellen, daß mmdestens 0,0001 mg Kaliumsulfat in 100 ccm Nährlösung vorhanden sein muß, wenn Bac. fluorescens wachsen soll. Hingegen ist es nach Benecke richtig, daß Rubidium und Caesium in höheren Konzentrationen Kalispuren ersetzen können. Darin liegt eine gewisse Bestätigung der früheren Angaben von 0. Loew (4) über die Ver- tretbarkeit von K- durch Rb- Salze. Auf parallele Beobachtungen von Benecke und Günther (5) an Schimmelpilzen wird noch zurückzukommen sein. Zweifellos waren aber die von Kappes geäußerten Ansichten, wonach K- Salze durch Na- Salze und Mg- Salze durch Ca- Salze völlig bei Bacterien ersetzt werden können, durch ungenaue Versuchsanstellung bedingt. Die von Benecke geprüften Mikroben waren ohne Mg absolut nicht zum Wachs- tum zu bringen und Ca konnte Mg nicht ersetzen. Für Bac. prodigiosus fand Samkow (6), daß die Pigmentausbildung bei Nichtdarreichung von MgSOa in der NÄGELischen Nährlösung unterbleibt. Daß sich dieses Bacterium (wenn auch pigmentlos) bis zu einem gewissen Grade ohne Mg- Darreichung entwickelt, könnte auf die Anwesenheit von Spuren von Mg- Verbindungen beruhen. Ebenso wird sich möghcherweise die Beobachtung von Hefferan(7) erklären, daß Bac. ruber indicus auf Asparagin- Nährboden ohne Mg-Salz- zusatz normal gedeiht. Mit Beneckes Befunden stimmen die von Sauton (8) an Bac. tuberculosis gesammelten Erfahrungen überein, die zeigten, daß Kali durch kein Leichtalkalimetall ersetzt werden kann, daß ferner Mg, S und Fe nötig, hingegen Ca, Mn, Zn und CI entbehrlich sind. Hingegen sind die entgegengesetzt lautenden Angaben von Loewenstein (9) über Kultur 1) R. v. Jaksch, Ztsch. physiol. Chem., 5, 395. — 2) C. Nägeli, Untersuch, üb. nied. Pilze (1882), p. 55, 66, 68. — 3) W. Benecke, Botan. Ztg., 65, I, 1 (1907). — 4) 0. Loew, Botan. Zeutr., 74, 202 (1898). — 5) W. Benecke, Botan- Ztg., 54, I, 97 (1896). Jahrb. wiss. Botan., 28, 487(1896); Günther, Disscrt. Er, langen (1897). — 6) S. Samkow, Zentr. Bakt., II, 11, 305(1903). — 7) M. Heffkran. Ebenda, p. 623 (1904). — 8) B. Sauton, Compt. rend., 155, 860 (1912). — 9) E. Loewenstein, Zentr. Bakt, I, 68, 591 (1913). 336 AchtundvierzigsteB Kapitel: MineraUtoffe bei Bacterien und Pilzen. von Tuberkelbacillen auf einem Substrat, das nur Glycerin und Ammonium- phosphat enthält, sowie über die EntbehrMchkeit von K und S nicht wahr- scheinHch. Lockemann (1) fand auch für Tuberkelbacillen PO4, K und Mg un- bedingt nötig, Ca aber entbehrUch. BezügUch SO4 konnten sichere Ergeb- nisse nicht erzielt werden, Für Azotobacter chroococcum scheint die Not- wendigkeit von Kali und Phosphorsäure gleichfalls außer Frage zu stehen. Diese Mikrobe braucht nach H. Krzemieniewska (2), um 1 g Glucose assimilieren zu können, 0,38 mg K; 0,36 mg Ca; 0,35 mg Mg; 2,46 mg P und mehr als 0,49 mg S. Kaserer (3) hält dafür, daß Azotobacter wie andere Bacterien außerdem einen gewissen Bedarf an Eisen und Tonerde verlangt. Darreichung von Phosphaten in künstlichen Bacterienkulturen besitzt außer dem direkten Nähreffekt auch noch darin Bedeutung, daß die als Stoff- wechselprodukte auftretenden Säuren durch Pufferwirkung neutralisiert werden, und Ansäuerung vermieden wird (4). Wenn nach Fraenkel (5) verschiedene Bacterien durch Zusatz von Magnesiasulfat oder Calciumchlorid in ihrem Wachstum gehemmt werden, so ist wohl an den in der Mikrobiologie erst in neuerer Zeit beachteten Ionen- Antagonismus zu denken. Auch Krzemieniewska beobachtete, daß Azoto- bacter durch Kali, Natron, Magnesia im Überschuß geschädigt wird, und daß Calcium diese Wirkung paralysiert. Besonders klar gehen diese Verhältnisse aus den Untersuchungen von Lipman (6) hervor. Der Ammonisation er- regende Bacillus subtilis, wie auch die Nitrifikationsmikroben werden im Wachstum durch hinreichend konzentrierte reine Salzlösungen ungünstig beeinflußt, und zwar in aufsteigender Folge durch Na, K, Mg und CaCU. Dabei besteht ein ausgesprochener Antagonismus zwischen Ca und K sowie Mg und Na. Mg und Ca verstärken sich, wenn sie zusammen dargereicht werden, ebenso K und Na. Es ergab sich, wie zu erwarten, auch, daß für die erwähnten Bacterien Seewasser ebenso eine physiologisch äquilibrierte Lösung darstellt, wie für Algen und Tiere. Unter bestimmten Ernährungsbedingungen soll für Prodigiosus nach Samkow Chlor nötig sein. Doch ist Cl für das Gedeihen der Bacterien sonst entbehrlich, wie Proskauer und Beck (7) für den Tuberkelbacillus in all- gemeiner Form behauptet haben. Auch der Kalkgehalt der Nährlösung ist gewiß nicht in allen Fällen eine unerläßliche Vorbedingung für eine normale Bacterienvegetation. Dies geht sowohl aus älteren Erfahrungen von 0. Loew(8) hervor, wie aus der von Winogradsky (9) gefundenen Tatsache, daß die Nitrifikationsbacterien in kalkfreiem (und chloridfreiem) Substrat ganz normal wachsen, wie besonders auch aus den Versuchen von Benecke. Bai Bodenbacterien kann Kalk aber ebensogut als Wachstumsreiz, wie als Säuren bindendes Mittel eine bedeutungsvolle Rolle spielen (1 0). Nach Miller (11) erzeugt Darreichung von Ätzkalk zunächst eine Verminderung der Zahlder Bodenbacterien, dann aber eine ungeheure Vermehrung (0,3 bis 1) Lockemann, Zentr. Bakt., I, 83, 420 (1919). — 2) H. Krzemieniewska, Anzeig. Akad. Krakau 1910, B, 376. Auch N. K. Pillai, Dissert. Leipzig 1908; Vogel, Zentr. Bakt., 32, 411 (1912). — 3) H. Kaserer, Ber. bot. Ges., 28, 208 (1910). — 4) Vgl. L. J. Henderson u. H. B. Webster, Journ. med. Research, 16, 1 (1907); A. Frouin, Soc. Biol., 68, 801 (1910); A. Cache, Zentr. Bakt., I, 40, 255. -- 5) Fraenkel, Ebenda, 17, 32. F. Dienert, Compt. rend., 140, 273 (1905). — 6) Chs. B. Lipman, Botan. Gaz., 48, 105 (1909); 49, Nr. 1 u. 3 (1910). 0. Loew, Ebenda, p. 304 (1910). Für Actinomyceten vgl Munter, Bact. Centr., II, 44, 673 (1916). — 7) Proskauer u. Beck, Ztsch. Hyg., 18, 128. — 8) 0. Loew, Tlora (1892), p. 390. — 9) Winogradsky, Zentr. Bakt., II, 2 423 (1896); 5,432 (1899). — 10) H. Fischer, Landw. Vers.stat, 70, 335 (1909). — 11) W. Miller Ztsch. Gär.physiol., 4, 194 (1914). § 4. Resorption von Aschenstoffen durch Bacterien. 337 1,0% Ca(0H)2). Schon 5 % Ca(0H)2 hemmt das Bacterienwachstum gänz- lich. Bemerkt sei, daß durch bacterielle Tätigkeit erhebliche Bildung von CaCOa hervorgerufen werden kann. Schon der Umsatz von Calciumoxalat im Boden kommt in Betracht (1), vor allem soll aber ausgiebige Bildung von Deposita aus dem Seewasser unter geeigneten Bedingungen stattfinden, als geologisch beachtenswerter Faktor (2). Eisen dürfte so wie für höhere Pflanzen und Pilze auch für Bacterien nicht ohne Bedeutung zum normalen Gedeihen sein, wie die günstige Wirkung von Eisenspuren bei der Kultur verschiedener Spaltpilze vermuten läßt. Doch sind allgemeine Untersuchungen über diese Frage noch nicht an- gestellt (3). Auf die Rolle von Eisen und Mangan bei bestimmten Faden- bacterien wird noch zurückzukommen sein. Arsen dürfte durch Bacterien wie durch Pilze in organische Form übergeführt werden, doch scheinen gas- förmige Arsenverbind ungen nicht entwickelt zu werden (4). Daß tellurig- saure Salze von vielen Bacterien unter Abscheidung von kolloidalem Tellur und unter knoblauchartiger Geruchsentwicklung verarbeitet werden, ist in dem Abschnitte über Reduktion im Dienste der Atmung ausführlich zu besprechen (5). Selenit erleidet die analoge Umsetzung. Eine eigentümliche Sonderstellung nimmt ein von Brenner (6) beobachteter Micrococcus ein, welcher unter Zutritt von Luftsauerstoff Selenit oxydiert. Eine andere Bacterienform wuchs auf Selenid-haltigem Nährboden und unterschied sich nicht vom gewöhnhchen Typus der Aeroben. Beachtung verdienen jene Mikrobenformen, welche an sehr verdünnte Nährlösungen angepaßt sind; nicht wenige von ihnen vermögen mit den geringen Substanzmengen, welche das destillierte Wasser unserer Laboratorien enthält, treffhch auszukommen. Papenhausen (7) gelang es, 10 Bacterien- arten aus verschiedenen Proben destillierten W^assers zu erziehen, doch entwickelten sich hiervon nicht sämtliche weiter, sobald sie in destilliertes Wasser ausgesät worden waren. P. T. Müller (8) isolierte aus destilliertem Wasser 20 Bacterienarten und veranschlagt deren Keimzahl in 1 ccm Wasser mit 100—700000. Eingehend wurden diese Spaltpilzformen in einer Reihe von 'Vertretern durch E. Kohn (9) ernährungsbiologisch untersucht. Die- selben werden alle durch relativ niedrige Glucosekonzentrationen wirksam gehemmt und es verdient deswegen diese Mikrobenflora die Benennung „saccharophobe Mikroorganismen". Es ist dies aber keine Wachstums- hemmung durch die chemische Natur des Zuckers, sondern hängt vom os- motischen Werte der Nährlösung ab; isosmotische Lösungen von Glucose und NaCl wirken gleich. Für die Aschenstoffe liegen die Wachstumsminima dieser Bacterien ungeheuer tief; so konnte das Minimum für PO4 (bei den allerdings nicht genügend feinen Methoden) nicht erreicht werden. Andererseits sind zahlreiche Bacterien dazu befähigt, in Mineralsalz- lösungen von relativ sehr hoher Konzentration zu leben bzw. sich konzen- trierten Salzlösungen anzupassen. Eine ungeheuere Zahl von solchen Mikroben 1) Vgl. C. T. GiMiNGHAM, Journ. Agr. Sei., 4, 145 (1911). — 2) G. H. Drew, Journ. Chem. Soc, 104, I, 567 (19131 Bacterielle Fällung von CaCO,: Kellerman u. Smith, Journ. Wash. Ac. Sei., 4, 400 (1914). Zentr. Bakt., II, 45, 371 (1916). — 3) Für Bodenbacterien: J. Penkava. Zemed. Archiv 1913, Nr. 1, r?f. Zentr. Bakt, 43, 489. — 4) M. Tonegutti, Boll. Chim. Farm., 4S, 269 (1909). — 5) Telluritreduktion: R. Gloger, Zentr. Bakt., I, 40, 584 (1906). Gosio, Ebenda, II, 16, 258 (1905); bei Bae. tuberculos. : S. Belfanti, Biochem. Zentr., /.;, 366 (1912). Coligruppe: Davis, Zentr. Bakt., I, 75, 180 (1914). — 6^ W. Bre.nner, Jahrb. wiss. Bot., 57, 95 (1916). — 7) 0. Papenhausen, Pharm. Ztg.. 4^, 1004 (19011. — 8) P. T. Müller, Münch. med. Woch.schr., 5S, 2739 (1912). — 9) Ed. Kohn, Zentr. Bakt., II, 15, 690 (1905); /;. 446 (1906); 23, 126 (1909). Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 22 338 Achtundvierzigstes Kapitel: Mineralstoffe bei Bacterien und Filzen. jDewohnt das salzreiche Wasser der Weltmeere, und fehlt selbst noch salz- reicheren Binnengewässern nicht. Wir fassen solche Formen als halophile Bacterien zusammen (1). Übrigens liegt auch das Salzmaximum für viele Festlands- und Süßwasserbacterien recht hoch. Von den gewöhnüch vor- kommenden Keimen sah Sperlich etwa die Hälfte in 3% NaCl zur Ent- wicklung kommen; die Anaerobionten der Erde sind am empfindlichsten. Karaffa- Korbutt (2) fand Hemmung von B. coh bei 8—9%, von septischen Bacterien bei 10—12 % NaCl, und manche Torulaformen wuchsen noch bei 25 % NaCl. Konzentrierte NaCl-Lösung tötete in 2—3 Monaten, doch starben sporenhältige Formen selbst nach längerer Einwirkungsdauer nicht ab. Anpassung an konzentrierte Kochsalzlösungen bei Bacterien studierten ferner Freytag und Hafkins (3). Lewandowsky (4) isoüerte aus Garten- erde und Kuhkot zwei Mikrobenformen durch Überimpfen in Nährbouillon mit 25% NaCl, welche in dieser Salzlösung relativ gut gediehen. Wenn man die Übergänge zu konzentrierten Salzlösungen nicht allzu schroff gestaltet, läßt sich die Adaptation an osmotisch hochwertige Lösungen noch viel ver- breiteter erzielen. Die meisten Bacterien scheinen ausgeprägt „poikilosmo- tisehe" Organismen zu sein. Selbst saccharophobe (halophobe) Formen konnten in den Versuchen von E. Kohn an Medien von nicht geringem osmotischen Wert angepaßt werden. Ebenso gelang die Akkommodation wieder zurück zu verdünnten Lösungen anstandslos, sobald stufenweise vorgegangen wurde — allerdings bei saccharophoben Formen leichter als bei den saccharophilen Bacterien. Da nach Feststellungen von A. Fischer (5) die Plasmolyse von Bacterien selbst noch in 5-10% KNO, zurückgeht, so ist anzunehmen, daß sich bei Bacterien die Anpassungsfähigkeit an hohe osmotische Leistungen in ausgedehntem Maße findet. Nach den Erfahrungen von Wolf (6) gedeihen Bacterien auf den gebräuchlichen Nährsubstraten, wenn mindestens 50 % Wassergehalt darin geboten ist ; bei weiterem Sinken des Wassergehaltes tritt Wachstumshemmung ein. Eine gänzliche Verschiebung der Aschenstoffbedürfnisse muß natür- lich erfolgen, wenn irgendein Bestandteil der mineralischen Nahrung zur Ausübung bestimmter wichtiger Funktionen herangezogen wird, wie zu Oxydationen und Energiegewirmung: Erscheinungen, welche wir von den Nitratbildnern, Denitrifikationsmikroben, Eisen- und Schwefelbacterien kennen. Für Nitrobacter hat die an das Nitrit-Anion gebundene Base naturgemäß eine ganz andere Bedeutung, als für jene Mikroben, welche nicht solche Massen von Alkalinitrit verarbeiten müssen, um ihr Leben zu fristen. Daran ändert es auch nichts, wenn nur das Anion NO, aus vollständig dissoziierten Lösungen verarbeitet wird, weil besondere Maßnahmen nötig werden, um die rückbleibenden Kationen unschädlich werden zu lassen, und wahrscheinlich hierzu Gegenreaktionen (Säurebildung) ins Spiel kommen. Für die Salpetergärung ist das Ansteigen der Alkalescenz nachgewiesen (vgl. Bd. II, p. 177). Nach anderen Richtungen hin muß die Heranziehui^ 1) Vgl. A. LE Dantüc, Soc. Biol., 58, 139 (1906). Bacterien der Salzberg- werke: Namyslowski, Bull. Internat. Acad. Cracovie 1913, p. 88; 1914, p. 626. Great Salt Lake: Kellerman u. Smith, Zentr. Bakt., II, 45, 371 (1916). Borhaltige Wässer: Bargagli-Petrucci, Nuov. Giorn. bot. ital., 20, (1913). Salztoleranz: Sperlich, Zentr. Bakt., II, 34, 406(1912). Morpholog. Wirkungen salzhält. Medien: Coupin, Compt. rend., 160, 443 u. 608 (1915). — 2) K. v. Karaffa,-Kobbutt, Ztsch. Hyg., 71, 161 (1912). — 3) C. J. de Freytag, Chera. Zentr. (1890), II, 449. Hafkins, Ann. Inst. Pasteur, 4, 363 (1890). — 4) F. Lewandowsky, Arch. Hyg., 49, 47 (1904). — 5) A. Fischer, Jahrb. wiss. Botan., 27, 151 (1895). Über in NaCl-Lösung lebende Bacterien auch Wehmer, Zentr. Bakt., II, 3, 209 (1897). — 6) L. Wolf, Arch. Hyg., 34, 200 (1899). § 4. Resorption von Aschenstoffen durch Bacterien. 339 von Ferrosalzen zu vitalen Oxydationsprozessen bei den an anderer Stelle eingehend zu besprechenden Eisenbacterien Bedeutung besitzen (1 ). Wie Molisch (2) zuerst festgestellt hat, werden auch Mangatiosalze in analoger Weise benutzt, entweder von Eisenbacterien selbst oder von verwandten teilweise noch nicht unterschiedenen Bacterienarten. Söhngen (3) hat zu- letzt die Prozesse von Oxydation der Manganosalze und der Reduktion der Manganisalze durch Bacterien ausführlich behandelt. Die von Jackson und anderen Forschern berührte angebüch bedeutungsvolle Rolle der Ton- erde bei gewissen Bacterien bedarf noch näherer Untersuchung. Endüch wissen wir, welche verschiedenartige und hof'htedeutsame Rolle Schwefel- verbindungen im Getriebe des Stoffwechsels mancher Bacterienformen zukommt (4). Während die Beggiatoa- Arten SHj zu S und SO4 in ihrem Organismus oxydieren, und die bei diesem Verbrennungsprozesse gelieferte Energie ausnützen, reduzieren andere, und zwar anaerobe Bacterien Sulfate zu SH, und versorgen sich hierdurch mit dem nötigen Sauerstoff. Dali diese Prozesse den Aschenstoffwechsel in ganz andere Balineu lenken müssen als wir sie bei den täghch zu beobachtenden aeroben Organismen kennen, ist schon jetzt, da wir noch keinen hinreichenden Einbück in die Eigenart dieser Vorgänge besitzen, eine kaum anzuzweifelnde Sache. Wenn wn* in den voranstehenden Darlegungen voraussetzten, daß die dargebotene Mineralstoffnalu-ung in Form löslicher Verbindimgen vor- gebildet ist, so haben wir noch hinzuzufügen, daß für die Bacterien zahl- reiche Möghchkeiten bestehen, sich durch Vermittelung von Lebensprozessen auch unlöshche Mineralstoffe zugänglich zu machen. A priori dürfen wir an die von Bacterien erzeugte Kohlensäure und an deren lösende Wirkungen auf Erdalkahphosphate denken, nicht weniger an die so häufig produzierten organischen Säuren. Tatsächhch sind derlei Lösungsprozesse bekannt. Kaufmann (5) hat für die Choleravibrionen nachgewiesen, daß imlösliche, ihrem Nährboden zugesetzte Erdalkahphosphate in gewissem Grade resor- biert werden. Die Zersetzung von Knochenmehl durch Bodenbactcrien hat Stoklasa (6) zuerst verfolgt. Nach Gleckel (7) hängen diese lösenden Wirkungen von dem Grade der bacteriellen Säureproduktion ab. Der patho- gene Bac. osteomyehtidis Henke verarbeitet nach Olga Grigoriew- Manoilow (8) Knochenmehl und löst Calciumphosphat am besten bei Luftabschluß. Besonderes Interesse haben diese Erscheinungen für die Aufklärung derMobihsierung unlöshcher Phosphate im Ackerboden erlangt(9). Wenn auch an der Wichtigkeit derartiger mikrobiologischer Vorgänge im Boden nicht gezweifelt werden kaim, so ist damit nicht gesagt, daß mi- 1) WiNOGRADSKY, Botaii. Ztg. (1888), p. 261. H. Molisch, Die Pflanac in ihrer Beziehung zu Eisen, Jena 1892; Ber. deutsch, bot. Ges., ii, 73 (1893); Die Eisenbakterien, Jena 1910. Übersicht: Rullmann, in Lafars Haudb. techn. MykoL, 3, 193. — Eisenerze und Manganerze biologischen Ursprungs: li. Potonik, Naturw. Woch.schr. (1906), p. 161, 411. -- 2) 11. Molisch, Die Pflanze in ihrer Bezieh, zu Eisen (1892), p. 60.— Mangaabacter ien: D. Jackson, Chem. Zentr. (1902), 11, 145; C. A. Meufeld, Ztsch. Unters. Nähr. Gen.mittel, 7, 478 (1904). K. Adam, Biochcm. Zentr., 5, 106 (1905). Vielleicht sind die von Helbiu, JNaturw. Ztsch. Porst- u. Landw., 12, 385 (1914) erwähnten knolligen Maugauabscheidungen ebenfalls bacteriellen Ursprunges. — 3) JS. L. ööhngen, Ziintr. ßakt., 11, 40, 545 (1914). — 4) Schwefel- bacterien: Omeliansky in Lafars liandb., j, 214. 11. C. Jacobsen, Folia microbiol., 3 (1914). 'fhiosulfatzersetzung: K. Lieske, Ber. bot. Ges., 30, p. (12) (1912). Morphologie: G. Hinze, Ebenda, jj, 189 (1913). — 5) K. Kaufmann, Disseru Heidelberg (1898). — 6) J. Stoklasa, Ztsch. landw. Vers.wes. Ost., 4, lU (l'JOl). — 7) D. Gleckel, Zentr. Bakt., 1. 52, 318 (1909). — 8) 0. Gkiuoriew-Manoilow, Biochem. Ztsch., 11, 493 (1908). — 9) Allgemeines- de (Jkazia u. Cerza, Zentr. Bakt, 21, 543 (1908); R. Perotti. Ebenda, 25, 409 (1909); de Grazia, Ann. Staz. Sper. Agr. Roma, j, 203 (1910); C. Lumia, Acc. Line. Rom. (5), 23, 1, 738 (1914). 22» 340 AchtundvierzigBtes Kapitel: Mineralstoffe bei Bacterien und Pilzen. krobische Tätigkeit im Boden in ihrer Resultante immer eine Vermehrung leicht löslicher Phosphate zur Folge haben muß, und besonders Sewerin (1) hat dargetan, daß der biologische Prozeß selbst £u einer Verminderung der leicht löslichen Bodenphosphate führen kann, was bei der praktischen Würdigung nicht außer Acht zu lassen ist. Im übrigen wurde mehrfach bacterielle Säureproduktion als lösendes Agens für die Bodenphosphate angesprochen (2), und man wird kaum fehl gehen, auch den fördernden Einfluß von Kohlenhydraten auf bacterielle Phosphataufschließung (3) mit einer vermehrten Säurebildung in Beziehung zu bringen. Daß aber analoge Wirkungen auch bei Anwesenheit „physiologisch saurer" Salze, wie Ammoniumsulfat, ohne direkte Säureerzeugung, jedoch durch Rück- bleiben der wenig verbrauchten Anionen zustande kommen kann, ist gleich- falls von verschiedenen Forschern hervorgehoben worden (4). Stoklasa (5) scheint wiederum der in der Bacterienatmung produzierten CO2 den Haupt- ahteil an dem Lösungseffekt zuzuschreiben; doch sind die Beziehungen zwischen Keimzahl des Bodens und Intensität der Phosphatlösung keines- wegs so einfache, um diese Auffassung genügend zu rechtfertigen. Bemerkt sei, daß nach de Grazia und Cerza (6) nicht nur Bacterien, sondern auch Schimmelpilze den Übergang unlöslicher Phosphate in lösliche Formen bedeutend fördern. Während im pilzfreien Versuch zuletzt 62,62 Yo des Phosphates ungelöst geblieben waren, betrug der Anteil in Versuchen mit Aspergillus niger nur 25,53%, mit Penicillium glaucum 34,08%, mit Pen. bravicaule 21,81 %. Panüanelli{7) versuchte durch Messung des elektrischen Leitungswiderstandes des Bodenextraktes die aufschließende Bacterien- wirkung zu verfolgen, wobei Kontroll versuche mit Chloroformzusatz, mit und ohne Glucosezusatz angestellt wurden, es ergab sich meist, doch nicht immer, Abhängigkeit vom Keimgehalte des Bodens. Erwähnt sei auch die aufschließende Tätigkeit von Bacterien bei organischen Phosphorverbin- dungen, von denen das Phytin in seiner bacteriellen Spaltung durch H. Krzemieniewska (8) studiert wurde; am raschesten findet die Spaltung bei einem Phytingehalte des Substrates von 0,3% statt. Inosit wird stets ge- bildet, Kohlenhydratzusatz hemmt. Nach de Grazia und Camiola (9) nehmen Bodenbacterien auch Kali aus Leucit auf. Die landwirtschaftlich gleichfalls sehr wichtige Silicat- aufschließung durch Bacterien wurde durch Bassalik (1 0) besonders ein- gehend untersucht. Am stärksten wirksam erwies sich ein neu isoliertes Bodenbacterium, Bacillus extorquens. Derselbe greift Magnesia- und Kali- glimmer lebhaft an wobei offenbar die durch die Lamellenbildung bedeutend vergrößerte Oberfläche dieser Mineralien fördernd wirkt. Orthoklas ist am schwersten löslich. Immer ist aber der innige Kontakt zwischen Mineral- partikeln und Bacterienzellen vor großer Bedeutung. Auch organische Säuren können den Prozeß unterstützen. Nach Stutzer und Hartleb (11) solJ 1) S. A. Sewerin, Zentr. Bakt., II, 28, 661 (1910); 32, 498 (1912). — 2) Sante de Grazia, Arch. Farm. Sper., 8, 436 (1909); A. Koch u. E. Kröber. Fühlings landw. Ztg., 55, 225 (1906); E. Kröber, Journ. f. Landw., 57, 5 (1909). — 3) A. DuscHETSCHKiN, Russ. Journ. exp. Landw., 12, 650 (1911); vgl. auch S. Herke, Bot. Zentr., 135, 398 (1915). — 4) R. Perotti, Acc. Line. Rom. (6), 17, I, 448 (1908). — 5) J. Stoklasa, Zentr. Bakt, II, 29, 385 (1911). — 6) Sante DE Grazia u. U. Cerza, Arch. Farm. Sper., 6, 6 (1907). — 7) E. Pantanelxi, Zentr. Bakt., II, 42, 439 (1914). — 8) H. Krzemieniewska, Kosmos, 38, 1438, Lemberg 1913. — 9) Sante de Grazia u. G. Camiola, Staz. Sper. Agr. Ital., 39, 829 (1906). Über die behauptete Festlegung von Kali durch Bodenbacterien vgl. Kyropoulos, Ztsch. Gär.phys., 5, 161 (1915). — 10) K. Bassalik, Ebenda, 2, 1 (1912); 3, 15 (1913). — 11) A. Stutzer u. R. Hartleb, Botan. Zentr., 87, 85 (1901); Chem. Zentr. (1899), I, 1249. § 5. Resorption von Aschengtoffen bei Sproßpilzen. 34 1 bacterieüe Silicatzersetzung bei Zerstörungen von Zement in Wasserbauten in Frage kommen. — Azotobacter nimmt nach Kaserer (1) nicht kolloide Schwermetallsilicate auf. Sehr ungewiß ist es, ob man mit Rohland (2) auf Mikrobenmitwirkung bei der Kaohnisierung auf Grund des Geruches von Ton schließen darf. Die Förderung des Bacterienwachstums in sterilisiertem Boden führt H. Fischer (3) nicht so sehr auf chemische Aufschließung, als auf die Dar- bietung der Körpersubstanzen zahlreicher abgetöteter Bodenorganismen zurück. Resorption von Aschenstoffen bei Sproßpilzen. Pasteur (4) hat zuerst bewiesen, daß Hefe ohne Gegenwart von Aschenstoffen einer Zuckerlösung in geringer Menge zugesetzt, nicht im- stande ist, Gärung in nachweisbarem Grade hervorzurufen. Durch Hinzu- fügung eines Quantums Hefeasche konnte Pasteur sofort Wachstum und Gärtigkeit in dieser Probe einleiten. Welche Bestandteile der Hefe- asche diese unerläßige Vorbedingung für Hefewachstum und Gärung bilden, hat 1869 A. Mayer (5) näher festgestellt; auf Grund genauer analytischer Erfahrungen über die Zusammensetzung der Hefeasche gelang es ihm, ein künstliches Salzgemisch herzustellen, welches die Hefeasche völlig ersetzt, aus dem aber kein Bestandteil ohne Verlust der Wirksamkeit weggelassen werden darf. Die Mischung bestand aus 0,1 g KH2PO4, 0,01 g Ca3(P04)2, 0,1 g MgSO, auf 20 ccm Wasser. Füi K, PO4, SO4, Mg konnte Mayer völlige Unentbehrlichkeit dartun; Kalk fand er zwar entbehrlich, doch günstig wirkend; Eisen hielt Mayer nicht für unbedingt nötig. Im wesentlichen waren diese Resultate richtig; mit einer kleinen Modifikation hinsichtlich der Bedeutung des Eisens können wir sie heute noch als gültig ansehen. Durch AVeglassung eines bestimmten Stoffes aus der MAvERSchen Mischung tritt Störung von Wachstum und Gärtigkeit ein. Wie empfindlich die Reaktion auf Zufügen der kleinsten Mengen des fehlenden Stoffes sein kann, hat Ville (6) sehr lehrreich dadurch erwiesen, daß schon ein Zusatz von 0.0005 g PO^ auf 1000 ccm Gärflüssigkeit hinreicht, um in der phosphorsäurefreien Lösung merkliche Alkoholgärung anzuregen. Nach Linossier (7) ist der relative Nährerfolg bei Weglassung eines einzelnen Elementes in der Nährlösung für Oidium lactis durch folgende Zahlen auszudrücken: Bei Fortlassung von Phosphor 0,0 Zink 94 Mangan 438 Chlor 515 Kali 8 Eisen 119 Silicium 488 Natrium 518 Magnesium 18 Schwefel 119 Kalk 491 Vollständ. Nährlös. 515 Die Nährlösung enthielt Glycerin und Urin als C- und N-Quelle. Die Zahlen sind mg Erntegewicht nach 12 tätiger Kultur in 50 ccm Nälir- lösung. 1) H. Kaserer, Ztsch. landw. Vers.wes. Ost., li, 97 (1911). — 2) P. Ron- LAND, Biochera. Ztsch., 39, 205 (1912). — 3) H. Fischer, Zentr. Bact., 22, 671 (1909). — Biolog. Bedeutung der phvsikal.chem. Bodenbeschaffenheit: G. Gola, Annali di Botar., 3, 455 (1906). — 4J L. Pasteur, Ann. Chini. et Phys. (3), jf, 388. — 5) A. Mayer, Untersuch, üb. die alkohol. Gärung (1869), p. 16. Übersicht- Lafar, Handb. techn. Mykol., ' 51 des Eisensalzes „ Vi,4 n M des kieselsauren Kali Die daraus berechneten „spezifischen Utilitätswerte" der einzelnen Sub- stanzen stellen sich dann folgendermaßen dar: Ammoniakstickstoff . 17 Schwefelsäure . . 346 Kali ...... 64 Zink 953 Phosphorsäure . . . 157 Eisen 857 Magnesium .... 200 Kieselsäure . . . 320 Von Ammoniak-N sind relativ die größten Quantitäten nötig, von Zink und Eisen die kleinsten. Hervorgehoben sei, daß Raulins Lösung frei von Kalksalzen war. Während wir in den Untersuchungen Cuginis(I), die etwas später angestellt wurden, die Unterscheidung von „unentbehrlichen" und „ent- behrlichen" Aschenstoffen in Analogie der Feststellungen für Hefe und Bacterien festgehalten finden (Cugini nennt als unentbehrlich K, Mg, PO4, Fe. SiOg) hat Raulin diese Gruppierung aufgegeben, wohl in der richtigen Erkenntnis, daß eine scharfe Grenze nicht unter allen Umständen hier aufzustellen ist. In viel schärferer Form und vielfach in neuer Fragestellung nahm NÄGELi unter Mitwirkung von 0. Loew (2) diese Untersuchungen wieder auf. NÄGELI faßte seine Erfahrungen in dem Satze zusammen, daß die Schimmelpilze mit vier Grundstoffen ausreichend ernährt werden : Schwefel, Phosphor, Kalium, welches aber durch Rubidium oder Caesium ver- tretbar ist, endlich Calcium, welches durch Magnesium, Baryum oder Strontium ersetzt werden kann. An diesen Resultaten sind nun aller- dings in der Folge wesentliche Modifikationen angebracht worden. Nachdem WiNOGRADSKY für Mycoderma vini die Unentbehrlichkeit von Magnesium- salzen und die nicht unbedingte Notwendigkeit der Darreichung von Kalk- salzen gezeigt hatte, gelangten 1894 Benecke (3) und Molisch (*) in methodisch wesentlich besseren Untersuchungen zu dem Ergebnis, daß Mg ein unentbehrliches Ingrediens für die Nahrung aller untersuchten Pilze darstellt, und weder durch Ca, Be, noch durch ein anderes Metall- Ion ersetzbar ist. Andererseits können aber Kalksalze ohne Schaden aus der Nährlösung fortbleiben, und Schimmelpilze zeigen auf absolut kalkfreiem Substrat vollkommen normales Gedeihen. Diese Erfahrungen wurden von 0. Loew und Wehmer im wesentlichen bestätigt (5). Schwierigere Probleme stellte die Ausforschung, welche Leichtalkali- 1) G. Cugini, Nuov. Giorn. Bot. Ital., 8, 77 (1876). — 2) C. Nägeli, Sitz.ber. Münch. Akad. 5. Juli 1879; Untersuch, üb. d. nied. Pilze (1882), p. o2. — 3) W. Benecke, Ber. bot. Ges., 12, Gen.Versamml.heft, p. (105), (1894). Botan. Zentr., 60, 185 (1894). Jahrb. wiss. Bot., 28, 487 (1895). Botan. Ztg., 54, L ^7 (1896). — 4) H. Molisch, Sitz.ber. Wien. Ak., 103, I, 554, 11. Okt. 1894. — 5) 0. Loew, Botan. Zentr., 63, 163 (1895); Pflüg. Arch., 100, 335 (1903). C. Wehmer, Ber. bot. Ges., 14, 257 (1895); Beitr. z. Kenntn. einheim. Pilze, 2, 106 (1895). 346 AchtundTierzigBtes Kapitel: Mineralstoffe bei Bacterien und Pilzen. metalle von Schimmelpilzen mit vollständigem Erfolge im Stoffwechsel aufgenommen und verarbeitet werden. Molisch hatte gemeint, daß Kalisalze durch die Salze keines einzigen anderen verwandten Metalles in ihrer Wirkung ersetzt werden können. Auch Günther, später Bokorny{1) hatten diese Ansicht vertreten. Doch hatte schon Winogradsky bei Mycoderma vini beobachtet, daß dieser Pilz bei Substitution des Kalisalzes durch das entsprechende Rubidiumsalz in der Nährlösung ebenfalls Wachstum zeigte, nicht aber bei Substitution des Kali durch Li, Na oder Cs. Kritische Wiederholung dieser Versuche an Schimmelpilzen, wie sie Benecke vornahm, zeigte nun in der Tat, daß selbst unter Verwendung der allerreinsten Rubidiumpräparate (2) und bei möglichst sicherer Aus- schließung von Kalispuren in der Nährlösung, Aspergillus auskeimt und ein ansehnliches Trockengewicht erzeugt; allerdings bringt er keine schwarzen Conidien hervor und zeigt so offenkundigen Mangel an normalen Vegetationsbedingungen. Auch wurde in den Rb-Kulturen starke Oxal- säure-Ansammlung bemerkt. Mit steigender Konzentration wächst die Schädlichkeit der Rb-Salze in hohem Maße. Viel schädlicher aber sind Cs- Salze. Auch die neuen Arbeiten von Waterman (3) und von Sauton (4) haben die Richtigkeit dieser Ergebnisse bestätigt. Nach Sauton ist das Emtegewicht von Aspergillus bei der Darreichung von Rb an Stelle von K um die Hälfte kleiner, und Cs kann als Nährstoff überhaupt nicht an- gesehen werden. Aus Gemischen von Rb, Cs und K-Salzen wird K elektiv aufgenommen und es lassen sich so die geringsten Kalispuren aus der Lösung entfernen. Waterman findet gleichfalls das Kali teil- weise durch Rb ersetzbar und fügt hinzu, daß die Magnesiumwirkung bei Gegenwart von Zink stark erhöht erscheint Wehmer behauptete, daß bei ausschließlicher Darreichung von Na-Salzen statt K in längerer Zeit ein ansehnliches Pilzemtegewicht erhalten wird. Möglicherweise wirkt Na in ähnlicher Weise Kali-sparend, wie man es bei höheren Pflanzen gefunden hat In gänzlich kalifreien Na-Kulturen konnte aber Benecke vielfach kein stärkeres Pilzwachstum beobachten als bei gänzlich alkalifreien Kulturen. Hinsichtiich der bei Kalimangel eintretenden patho- logischen Erscheinungen sei auf Beobachtungen von Mollla.rd und Coupin (5) verwiesen. Bisher wurden bloß Versuche mit K-Ionen an- gestellt, und es ist über die Wirkung komplexer kalihaltiger Ionen und der organischen molekularen Kaliverbindungen nichts bekannt Bemerkt sei, daß Herbst (6) für die Entwicklung und Ernährung niederer Tiere die gleichen Gesetzmäßigkeiten bezüglich der Mineralstoffwirkung aufgefunden hat. Worauf die physiologischen Verschiedenheiten der Alkalimetalle be- ruhen, wissen wir auch nicht andeutungsweise. In manchen Fällen ist es übrigens auch für chemische Reaktionen nicht gleichgültig, ob man KOH oder NaOH verwendet, und auf die bekannten Löslichkeitsdifferenzen von K- und Na-Verbindungen kann man gleichfalls "hinweisen. Die Wanderungsgeschwindigkeit der Ionen K, Cs, Rb, Na, Li ist ebenfalls sehr ungleich: K wandert am schnellsten (63,8), ziemlich gleich Cs und Rb', viel langsamer Na (44). noch langsamer Li' (34,7). Jedenfalls spielt auch im Stoffwechsel die Wanderungsgeschwindigkeit der Ionen eine ebenso wichtige Rolle wie bei Reaktionen außerhalb des Organismus. 1) Th. Bokorny, Pflüg. Arck, gj, 134 (1903). Zentr. Bakt., II, jj, 15 (1903). — 2) Über Reinigung von Rubidiumssilzen: W. Muthmann, Ber. ehem. Ges., 26, 1019 (1893). — 3) H. J. Waterman, Kgl. Akad. Amsterdam, 15. Juli 1913. — 4) B. Sauton, Compt. rend., 755, 1181 (1912). — 5) Molliard u. Coupin, Compt. rend. (1903), p. 1695. — 6) C. Herbst, Arch. f. EntwickLmechan., 5. 649 (1897). § 6. Die Resorption von Aschenstoffen bei höheren Pilzen. 347 Wie sehr man sich in der PilzphysioloRie vor vorschnellem Gene- ralisieren hüten muß, zeigen ferner neuere Erfahrungen über die Bedeutung der Kalksalze. Daß für Aspergillus das Ca ohne Bedeutung als Nährstoff ist, haben auch die letzten Untersuchungen von Buromsky(I) ergeben, und Robert (2) dürfte wohl im Rechte sein, wenn sie die Fixierung des Ca dorch diesen Schimmelpilz fast ausschließlich auf die Bindung durch die im Stoffwechsel erzeugte Oxalsäure bezieht. Hierin liegt nicht selten eine wichtige Rolle der Kalksalze, ohne welche das Wachstum bedeutend früher sistiert werden müßte. Für die Hymenomyceten liegen jedoch die Verhältnisse der Bedeutung des Kalks offenbar verschieden, da Weir(3) für Coprinus die Notwendigkeit der Darreichung von KalksaJzen gezeigt hat, und Hori (4) für Hymenomyceten den Kalk nicht entbehrlich fand. Auch bei einigen von Traaen(5) aus Boden isolierten Pilzformen hatte Kalkzufuhr keine unbedeutende Wirkung. Morchella-Arten, die Fron (6) untersuchte (conica, esculenta, vulgaris), brauchten Ca ebenso wie Mg und PO4 und gediehen in neutralem oder sehr schwach saurem Substrat. Angaben von Hebert und Heim (7) betreffen die Ca- und K-Darreichung in Kulturen von Psalliota campestris. Hingegen scheint nach Colin (8) Botrytis cinerea gleich Aspergillus Kalk nicht zu brauchen. Von Interesse ist es zu sehen, wie lebhaft Pilte, denen einer der nötigen Grundstoffe in ihrer Nahrung nicht geboten war, auf minimale Zusätze dieses Stoffes reagieren. Als Loew nur 0,0003% MgSO« magnesiumfreien Pilz- kulturen zufügte, erreichte er bereits einen ganz ansehnlichen Effekt im Erntegewichte im Vergleich zu 0,1% MgS04 enthaltenden Kulturen. Be- necke brauchte zu 100 ccm kalifreier Nährlösung nur 0,01—0,02 mg KCl zuzufügen, um die Aussaat des Pilzes, welcher vorher keine Entwicklung gezeigt hatte, zum Wachstum anzuregen. Übrigens scheint nach Me- DISCH (9) auch durch verschiedene Chloride, Kaliumchlorat die Farbstoff- bildung von Hypocrea rufa (Pers.) in kleinen Gaben (5 — 12,5Centimol.) be- schleunigt zu werden. Coüpin(IO) stellte fest, daß Mg in Form aller möglichen Salze zur Resorption gelangt, so daß es offenbar auf das Mg-Ion ankommt. Ob auch andere Formen der Mg- Darreichung wirksam sind, wissen wir nicht. Der- selbe Forscher versuchte ferner zahlreiche Schwcfelverbin düngen bei Asper- gillus niger mit gutem Erfolge. Am besten wirkte Ammoniumsulfat, d. h. das S04-Ion. Thiosulfat, NaaSgOs, 5 aq., wird nach Raciborski (11) von demselben Pilz unter Abscheidung von Schwefelkügelchen in den Zellen assimiliert. Nach Kossowicz (12) wird die Schwefelabscheidung nach Thio- sulfatdarreichung nicht in allen anderen Fällen beobachtet. Über den Schwefel- umsatz von Aspergillus wären ferner Ausführungen von Waterman (13) zu ver- gleichen. Nach eigenen Erfahrungen vermag sich Aspergillus aus oxy- 1) J. BuBOMSKY, Zentr. Bakt., j6, 54 (1912). - 2) M"« Robkrt, Conipt. rend., 153, 1175 (1911); 154, 1308 (1912). - 3) J. R. Wkik, Flora, 103, 87 (1911). — 4) S. HoKi, Ebenda, loi, 447 (1910). — 5) A. E. Tbaakn. Nyt. Mag. Naturvid. Christiania 1914. — 6) G. Fron, Compt. rend., 140, 1187 (1905). — 7) A. Hkbert u. F. Heiml, Chem. Abstracts Amer. Chem. J. (1910), p. 1755. — 8) H. Colin. Rev. e^n. Botan., 21, 97 (1909). — 9) M. Medisch, Jahrb. wiss. Botan., 48, 691 (1910) — 10) H. Coupin, Soc. Biol., 55^ 329, 367, 406 (1903). Comnt.. rend., 136, 392 (1903). Für Stcrigmatocystis versicolor Coupin 11. Frikukl, Ebenda, 13S, 1118 (1904). — 11) M. V. Raciborski, Bull. Acad. Cracovie (1906), p. 764. - 12) A. Kossowicz u. W. Loew, Ztsch. Gär.physiol., 2, 87 (1912). — 13) H. J. Waterman, Kgl. Akad. Amsterdam, 16. Juli 1913. 348 Achtundvierzigstes Kapitel: Mineralstoffe bei Bacterien und Pilzen. methansulfosaurem Ammonium mit Schwefel, aus Glycerophosphorsäure ausgezeichnet mit P zu versorgen (1). Inorganischer P ist nach Dox (2) aus Orthophosphaten, Pyrophosphaten und Metaphosphaten den Schimmelpilzen zugänglich, hingegen waren bei NaHgPOa und NaaHPOg keine Nährerfolge zu verzeichnen. Auf Calcium- triphosphat wurden lösende Wirkungen durch Aspergillus und Penicillium beobachtet (3). Als „Mycelites ossifragus" wurde von Rudas (4) ein in totem Knochengewebe wuchernder Fadenpilz beschrieben. Nach den (andererseits nicht bestätigten) Angaben von Reed (5) würde ein optimaler Nährerfolg u. a. von dem relativen Verhältnis zwischen P und Mg im Substrat abhängen. Nach Watekman (6) würde es, besonders für die Begünstigung der Conidienbildung, auf Vermeidung eines Überwiegens der P- Nahrung im Vergleich zur Kohlenstoffnahrung ankommen. Die „Phosphorzahl" d. i. die Relation des assimilierten P in Milligrammen zu 100 Teilen des assimilierten Kohlenstoffes, bleibt nach diesem Autor in alten Pilzkulturen annähernd auf demselben geringen Werte (0,15). Junge Kulturen haben einen viel höheren Phosphorumsatz, so daß hier die P-Zahl bis 0,75 beträgt. Der wasserlösliche ,, Extrakt- P" ist nach Koch und Reed (7) die mobilste Form des in Pilzen enthaltenen PO4, der Nuclein-P die stabilste. Die Lecithin- PO4 spielt, auch nach den Beobachtungen von Goupil (8) an Mucor (Amylomyces) Rouxii, die geringste Rolle. Inositphosphorsäure soll bei Aspergillus selbst die anorganischen löslichen Phosphate an Eignung übertreffen (9). Nach Weiqmann und Wolff(IO) gibt es Oidienformen (aus Butter isoliert), welche unter Entwicklung eines scharfen retticbartigen Geruches gasförmige Phosphorverbindungen ausscheiden. Ob es sich um PH 3 oder um organische flüchtige P- Verbindungen handelt, bleibt zu ent- scheiden. Schon Raulin war ein ganz geringer Zusatz eines Eisensalzes zur Pilz- nährlösung förderlich erschienen; doch hatten späterhin CuGiNi sowohl, als A. Mayer und A. Schulz Eisen für Pilze völlig entbehrhch erachtet. Später brachte Molisch wieder die ältere Anschauung zur Geltung, hauptsäch hch auf Grund der Erfahrung, daß sich in allen Pilzen Eisen nachweisen Heß, selbst wenn dieselben aus möglichst eisenfreien Kulturen stammten. Aller- dings ist es bis jetzt nicht gelungen, absolut Fe-freie Pilzkulturen herzustellen. Molisch bestätigte die Erfahrung Raulins, daß Fe- Salze das Pilzwachstum hervorragend fördern. Auch nach neueren Erfahrungen von Javillier, Sauton, Linossier(II) hängt die Conidienbildung von Aspergillus niger sehr von Eisendarreichung ab; sie bleibt aus, auch in Gegenwart relativ großer Zinkmengen, wenn Fe fehlt. Hingegen bildet sich die schon von Raulin nach Eisenentziehung beobachtete, sich mit Fe rotfärbende Substanz von Aspergillus nicht aus, wenn auch das Zink weggelassen wird. Nach Linossier wäre das dunkelbraune Conidienpigment von Aspergillus ein eisenhaltiger Farbstoff. Versuche von Molisch, das Fe in seinen Wirkungen 1) Czapek, Hofmeist. Beitr., 2, 582 (1902). — 2) A. W. Dox, Journ. Biol. ehem., jo, 77 (1911). — 3) S. de Grazia u. U. Cerza, Staz. Sper. Agr. ital., jp, 817 (1906). — 4) G. Rudas, Verhandl. Nat.Ges. (1909), II, /, 156. — 5) H. S. Reed, Ann. of Botau., 21, 501 (1907). — 6) H. J. Waterman, Kgl. Akad. Amsterdam Meeting Dec. 28, 1912, p. 1058. — 7) W. Koch u. H. S. Reed, Journ. biol. Chem., j, 49 (1907). — 8) R. Goupil, Compt. rend., J56, 959 (1913). — 9) A. Berthelot, Soc. Biol., 26. Juli 1907; M. A. Jegorow, Ztsch. physiol. Chem., «2, 231 (1912). — 10) Weigmann u. Wolff, Bakt. Zentr., II, 22, 657"^ (1909). — 11) M. Javillier u. B. Sauton, Compt. rend., 153, 1177 (1911); B. Sauton, Soc. Biol., 7-r. 689 (1911); Compt. rend., 75/, 241 (1910). Annal. Inst. Pasteur, 25, 922 (1911). G. Linossier, Compt. rend., 151, 1075 (1910). § 6. Die Resorption von Aschenetoffen bei höheren Pilzen. 349 durch Mn, Co, Ni zu ersetzen, mißlangen. Wenn auch einzehie Mangan- und Nickelversuche höhere Erntegewichte lieferten, so zeigte doch ein Aus- bleiben der Conidienentwicklung den abnormen Zustand an. Es scheint nicht, als ob, wie Raulin annahm, die Reizwirkung von Zn oder Si der Fe-Wirkung völlig analog wäre. Ob das Fe als Bestandteil von Nucleinsäuren oder anderer Eiweißkörper, oder in anderen Formen seine wichtige Funktion ausübt, bleibt zu untersuchen; vielleicht kombinieren sich verschiedene chemische und stimulierende Funktionen. Mangan wirkt nach Kanter (1) als Wachstumsreiz, ohne das Eisen völlig ersetzen zu können. Bertrand (2), der sich einer vervollkommneten Methodik zum Nachweise von sehr geringen Manganmengen bediente, meinte sogar, daß Mn zur normalen Conidienbildung von Aspergillus nötig sei. Schon Zufügen von 1 mg Mangan auf 10000 1 Nährlösung genügte, um eine nachweisbare Wirkung bei Aspergillus hervorzurufen. Übrigens fördern sich Zink und Mangan (wohl auch Eisen) bei gleichzeitiger Dar- reichung in ihrer Wirkung, so daß mehr Mangan umgesetzt wird, wenn Zn dargereicht wird. Kupfersalze wirken in minimalen Konzentrationen als Wachstumsreiz, sind aber bald hemmend wirksam; in Co, Zn, Ni nimmt die die stimulierende Wirkung begleitende Giftwirkung stufenweise zu. Es ist natürlich zu weit gegangen, wenn man mit Gustavson (3) alle Wirkungen der Mineralstoffe als chemische Reizwirkungen ansieht; doch haben die grundlegenden Feststellungen Pfeffers (4) erwiesen, wie weit verbreitet kleine Zutaten von Zink, Mangan und anderen Schwermetall- salzen, die ja in der Natur so häufig im Substrat geboten sind, als Reize wirken und in wie abwechslungsreicher Weise diese Wirkungen mit den physiologi- schen Einflüssen der äußeren Bedingungen in Korrelation stehen. Auf Ver- anlassung von Pfeffer hat Richards (5) den Einfluß verschiedener Mineral- stoffe auf die Trockengewichtzunahme von Aspergillus kritisch geprüft. Kräftige Reizmittel sind ZnSO, (wobei die Conidien lichtere Färbung auf- weisen), NiS04, C0SO4, auch NaFl und NagSiOg. Aus den Versuchsresultaten von Richards führe ich nachstehende Zahlen an. 335 mg. Mit 0,008 % ZnSO^: 275 „ „ 0,130% FeS04: 250 „ „ 0,004% NaFl: 245 „ „ 0,008% C0SO4: 280 „ „ 0,033% LiCl: 350 „ „ 0,004% Na2Si03 200 „ „ 0,033 % NiSO^ : 205 „ „ 0,004% AljlSOJg: 265 „ 245 „ „ 0,008% MnCl,: 370 „ In Zuckerlösung erreicht man mit 0,2% FeS04 den besten Reizeffekt. Nickel kommt in seiner Wirkung am nächsten. Für ZnSOi lag das Optimum zwischen 0,002 und 0,004%. Auch die Erfahrungen von H. Schulz (6), daß minimale Mengen Sublimat, Jod, Brom, CUSO4, arsenige Säure, or- ganische Giftstoffe auf Alkoholgäi-ung erregend einwirken, berühren teilweise einschlägige Tatsachen. Ono (7) bestimmte bei einem neuerlichen Studium Kontrollkultur ohne Zusatz: 765 810 mg 405 790 575 785 1) P. M. Kanter, Dissert. Petersburg (1903); Biochera. Zentr. (1903), Ref. Nr. 1416. — 2) G. Bertrand u. M. Javillier, Compt. rcnd., 15J, 1337 (1911); 154, 381, 616 (1912); Bull. Sei. Pharm., 19, 193 (1912). — 3) G. Gustavson, Just (1882), I, 38. — 4) W. Pfeffer, Jahrb. wiss. Botan., 28, 238(1896). — 5) Richards, Ebenda, 30, 665 (1897). — 6) H. Schulz, Pflüg. Arch., 42, 617(1888). — 7) N. Ono, Journ. Coli. Sei. Univ. Tokyo, 13, I, 141 (1900). 350 Achtondvierzigates Kapitel: Mineralstoffe bei Bacterien und Pilzen. dieser Verhältnisse die unter dem Einflüsse von verschiedenen Reizstoffen verbrauchte Zuckermenge, so wie das Verhältnis zwischen verbrauchter Nahrung und dem Erntegewicht („ökonomischer Koeffizient" Kunstmann und Pfeffer (1 ). Seine Ergebnisse bringt die nachstehende Tabelle : % ZnSO^-Zusatz Pilzernte in g Verbraucht Zucker g Ökonom. Koeffiz 0,262 1,694 6,1 0,0037 0,860 2,429 2,8 0,0074 0,875 2,429 2,8 0,0148 0,786 2,380 3,0 0,0297 0,773 2,340 3,0 Es wird demnach mit steigender Trockensubstanzproduktion mehr Zucker verbraucht und der ökonomische Koeffizient zeigt durch seine Größen- abnahme an, daß bei gleichem Ernteergebnis der Zuckerverbrauch geringer ist: d. h. der Zucker wird besser ausgenutzt. Über die Gonidienbildung von Aspergillus niger unter dem Einflüsse anorganischer Salze sind die Angaben von Yashuda (2) zu vergleichen. Bezügüch des Maximums an Zink, welches von Aspergillus ohne Schaden ertragen wird, gibt Javillier in seinen ausführhchen Untersuchungen über die Zinkwirkung an, daß noch mehr als Viioo ^^^s Eigengewichtes des Pilzes dargereicht werden kann (3). Nach Lepierre (4) würde Cadmium das Zink in jeder Hinsicht völlig in seinen Wirkungen vertreten können, was Javillier bestreitet. Ebenso gehen hinsichtüch des Berylliums die Meinungen aus- einander, indem J avillier dasselbe in seinen Wirkungen dem Zink fast gleich- stellt, während andere Angaben (5) dahin lauten, daß weder Mg noch Zn durch Be in der Wirkung erreicht werden. Guillemard (6) sucht die Wirkung der Schwermetallsalze auf das Wachstum durch die Annahme zu verstehen, daß die Metall-Ionen in der 2LelIe eine Art „osmotisches Optimum" erzeugen. Bei den starken adsorptiven Eigenschaften und der Neigung zur Bildung komplexer Verbindungen dürften aber die Schwermetall- Ionen sehr rasch in andere Form übergehen und nicht als einfache Kationen weiterbestehen. In das Gebiet der chemischen Bildungs- reize durch anorganische Nahrungsbestandteile zählt übrigens auch die leb- hafte Erzeugung von Oogonien bei Saprolegnia mixta nach Darreichung von 0,1—0,3% Kaliumphosphat in Zuckerlösung [Klebs (7)]. In Leucin- lösung ist NaH2P04 unwirksam, hingegen wirksam in saiu-em Ammonium- malat. Auch auf die Anthendienbildung wirkt das Alkaliphosphat ein. Erwähnung verdient endlich die Verarbeitung von arsenigsauren Salzen durch bestimmte Pilze. Gosio (8) fand zuerst, daß Penicillium 1) Kunstmann, Dissert. Leipzig (1895). Pfeffer, Pflanzenphysiologie, 2. Aufl., /, 374 (1897). — 2) A. Yashuda, Botan. Mag. Tokyo, 13 (1899). — 3) M. Javillier, BuU. Sei. Pharm., jj, 129 (1908); Compt. rend., 145, 1212 (1907); 146, 365 (1908) Bull. Sei. Pharm., 14, Kr. 12 (1907). Rech, sur la presence et le röle du zinc Lons le Saunier 1908. Ann. Inst. Pasteur, 27, 1021 (1913). — Femer Arcichowskij Zentr. Bakt., II, 21, 430 (1908). J. Buromsky , Ebenda, 36, 54 (1912). - 4) Lepierre, Compt. rend., 156, 258 (1913). — 5) M. Javillier, Ebenda, p. 406; Lepierre, Ebenda, p. 409. — 6) Guillemard, Ebenda, p. 1552 (1913). — 7) Klebs, Jahrb. wiss. Botan., 33 119 (1899). — 8) B. Gosio, Arch. ital. de ßioL 18, 253 (1892); Ber. ehem. Ges., 25, Ref. p. 346 (1892); .10, 1024 (1897); Botan Zentr., 87, 131 (1901). Ferner Csapodi, Ebenda, 57, 101 (1894); R. Maggiora Zentr. Bakt., II, 11, 237 (1903); Kochs Jahresber. Gär.org., 14, 40(1903); P. Bigi NELLi, Chem. Zentr., 1900, II, 1067 u. 1100. H. Fühner, Abderhaldens Handb, biochem. Arb.meth., 5, I, 3 (1911). § 6. Die Resorption von Aschenstoffen bei höheren Pilzen. 35 1 glaucum, Aspergillus glaucus und Mucor mucedo auf Kartoffelbrei, dem auf 1000 g 0,05—0,10 g AS2Ü3 zugesetzt war, einen flüchtigen, knoblauch- artig riechenden Stoff produzieren, welcher offenbar ein As-haltiges Stoff- wechselprodukt dieser Pilze darstellt; Vorbedingung war reichliche Dar- bietung von Kohlenhydraten. Arsensulfide wurden nicht zersetzt, Kupferr arsenit schwer, Arsenite und Arsenate der Alkalien sehr leicht. In späteren Versuchen von Gosio erwies sich als besonders wirksam Penicillium brevi- caule. Pool (1 ) beobachtete bei Monilia sitophila die Arsenit Verarbeitung, nach Huss (2) kommen auch Actinomyces-Formen in Betracht. Gosio selbst wies in den flüchtigen Stoffwechselprodukten seines Penicillium Arsen nach. Die „biologische Arsönprobe" von Gosio ist praktisch brauchbar und gehört zu den feinsten Reaktionen auf Arsen (3). Nach Analogie der bei TeUur- und Selendarreichung im Tierorganismus entstehenden Stoffe: Tellurmethyl, Selenmethyl [Hofmeister, Czapek und Weil (4)], stand zu vermuten, daß es sich um ein organisches Arsin handeln dürfte. Maassen (5) zeigte, daß ganz analog Schimmelpilze und Bacterien Selenite und Tellurite unter Bildung flüchtiger Verbindungen von Knoblauchgeruch verarbeiten. Hier soll es sich aber nicht um Methylderivate, sondern um Äthylverbindungen handeln. Die von Penicillium brevicaule auf Arsenitnährboden erzeugte Substanz wurde als Äthylderivat: Diäthylarsin AsH : (CjHj), ange- sprochen (6). Doch ist von Klason (7) später nachgewiesen worden, daß der gasförmige Stoff Gosios Äthylkakodyloxyd [AstC^Hj) JO ist. Daä „Gosio-Gas" wird sowohl durch Quecksilbferclüorid, mit dem es eine krystallisierende Verbindung üefert, als auch durch konzentrierte HNO, absorbiert. Nach Verdunstung der Säure auf dem Wasserbade bleibt Äthyl- kakodylsäure zurück, die beim Erkalten zu einer Krystallmasse erstarrt. Arsenwasserstoff ist höchstwahrscheinlich unter den Produkten des Arsen- pilzes nicht enthalten. Kleine Arsendosen stimuüeren übrigens auch das Wachstum von Pilzen (8). Für jene Mineralstoffe, deren Lösungen einen gegen die osmotische Wirkung weit zurücktretenden spezifischen Giftwert haben, wie es bei den Neutralsalzen der Alkalimetalle der Fall ist, liegt die Schädigungsgrenze oft sehr hoch. Nach' Eschenhagen (9) wächst Penicillium noch auf 22% KNO, (entsprechend 55 yo d-Glukose) und Klebs (10) sah Sporen von Euro- tium repens noch in 37% NaNOj auskeimen; eine mit etwas Traubensaft vermischte gesättigte Salpeterlösung gestattete noch Bildung der Conidion- träger dieses Pilzes. Die Gewinnung unlöslicher Mineralstoffe durch Pilze muß in der Natur unter verschiedenen Bedingungen eine bedeutungsvolle Rolle spielen. 1) J. F. A. Pool, Pharm. Weekbl., 49. 878 (1912). — 2) li. Huss, Zisch. Hyg.. 76, 361 (1914). — 3) F. Abba, Zentr. Bakt., 11, 4, 806 (1898); K Abel u. P. Buttenberg, Ztsch. Hyg., 33, 449 (1899); B. Galli-Valerio u. Strzyzowski, Chem. Zentr. (1901), I, 63; Marpmann, Ebenda (190Ü), II, 1187; die Einwände von O. Emmerling, Ber. chem. Ges., 29, 2728 (1896); 50, 1026(1897), kommen nicht in Betracht. Hildebrand, Zentr. Bakt., II, 21, 180 (1908). Vgl. W. Hausmann für die in Aktinien symbiontisch- lebenden Algen: Hofmeist. Beitr., 5, 397 (1904). — 4) F. Hofmeister, Arch. exp. Pathol., jj, 198 (1894); F. Czapek u. Weil, Ebenda, 32 461 (1893). — 5) A. Maassen, Arbeit. Kais. Gesundh.amt., i8, 476 (1902). B.' Gosio Acc. Line. Roma (6), -rj, I, 422 (1904). — 6) Maassen, 1. c. ; P. Bioi- nelli, Acc. Line. Rom. (5). 9, II, 242 (1900). W. Hausmann, Ztsch. Hyg., 53, 509 (1906). — 7) P. Klason, Arkiv för Kemi, 5, Hp^t 8 (1913); Bcr. chem. Ges., 4^, 2634 (1914). — 8) S. F. Orlowski, Biochem. Zentr. (1903), Ref. Nr. 702. — 9)' Eschenhagen, Üb. d. Einfluß von Lösungen verschied. Konzentration auf das Wachstum von Schimmelpilzen. Dissert. Leipzig. Stolp 1889. — 10) G. Klkbs, Be- dingungen der Fortpflanzung bei einigen Algen u. Pilzen (1896), p. 464. 352 Neunundvierzigstes Kapitel: Der Mineralstoff Wechsel der Algen. Die Kalkschalen und Kalkgerüste der verwesenden tierischen Reste, auf denen Pilze üppig gedeihen, Knochen höhererTiere, aber auch die mineralischen Partikel im pilzbewohnten Humusboden bieten ein fast allenthalben ge- botenes Substrat für solche Vorgänge. Lind (1) hat gezeigt, daß Hyphen von Aspergillus, Penicillium, besonders auch Botrytis cinerea, Eierschalen dünne Platten aus Kalk, Marmor, Knochen, durchwachsen, und glatt- polierte Marmorplatten, noch stärker als es Wurzeln tun, korrodieren. Bei Knochen sieht man das Eindringen der Hyphen durch die HAVERSschen Kanäle in das Innere. Hatten die Pilze die ihnen nötigen Nährsalze in der Kulturlösung nicht zur Verfügung, so war die Kalkkorrosion bedeutend stärker. Andererseits förderte ein Zusatz von 0,5% NaCl die Korrosion von Kalkplättchen. Diese Erfahrung könnte immerhin dahin gedeutet werden, daß organische Säuren, vor allem Oxalsäure, die so gewöhnlich von Pilz- hyphen erzeugt wird, eine Rolle bei der Mineralkorrosion spielen. Hierüber wären auch Angaben von S. Kunze (2) zu vergleichen, denen zu entnehmen ist, daß Pilzkulturen auf zerkleinertem Kalkstein keine erhebliche auf- schließende Rolle entfalteten — auch auf Feldspat und Ghmmer waren die untersuchten Pilze unwirksam. Nach Kunze würde aber doch die Produktion organischer Säuren durch Bodenpilze bei der Bodenaufschließung als sehr wirksamer Faktor in Betracht kommen. Nach Rudas (3) ist ein als „Myce- lites ossifragus" benannter Fadenpilz in totem Knochengewebe wuchernd gefunden worden. Neunundvierzigstes Kapitel: Der Mineralstoff Wechsel der Algen. §1. Aschenanalysen. Obwohl schon in älteren Zeiten einzelne Algenformen von verschie- denen Forschern der chemischen Analyse unterworfen wurden: Bouvier(4) untersuchte 1791 Corallina; Braconnot(5) 1813 Nostoc; Gaultier de Claubry 1815 verschiedene Meeresalgen; Mitscherlich 1848 Conferven; und seither eine größere Reihe von Analysen über Süß- und Seewasser- algen vorliegen, so fehlt trotzdem noch immer eine größere von exakt physiologischen Gesichtspunkten geleitete Untersuchung über die Mineral- stoffe der Algen. Wir müssen daher sogar darauf verzichten, die Zusammen- setzung der Asche eines so viel gebrauchten Laboratoriumsobjektes wie Spirogyra aus der Literatur zu erfahren. Die Fortschritte in der Reinzucht von Algen würden es gestatten, verschiedene Formen hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung näher kennen zu lernen, so daß die Ausfüllung dipser Lücken gegenwärtig ausführbar wäre. 1) K. Lind, Jahrb. wiss. Botan., 32, 603 (1898). — 2) G. Kunze, Ebenda, 42, 383 (1906). Auch nach Bachmann, Ber. dtsch. bot. Ges., 34, 581 (1916) ist die kalklösende Wirkung bei dem flechtenparasitischen, gelegentlich aber auch als Fels- anwohner freilebenden Pilz Pharcidia lichenum (Arn.) sehr gering. — 3) G. Rudas, Verhandl. Ges. Nat. (1909), II, j, 156. — 4) Bouvier, Ann. de Chi m., 9, 83(1791). — 5) Braconnot, Ebenda, 87, 237 (1813). — 6) Mitscherlich, Journ. prakt. ehem., 43, 158 (1848). § 1. Aschenanalysen. 353 Soweit die vorliegenden Arbeiten erkennen lassen (es wurde nicht immer auf peinliche Reinigung und tadellose Konservierung dos Materiales geachtet, da in der Analyse meist praktische Interessen verfolgt wurden), sind die meisten Algen aschenstoffroiche Pflanzen. Die Menge an Minerai- stoffen steigert sich in jenen Fällen, in denen starke Kalkinkrustation, Eiseneinlagerung, Verkieselung vorkommt, zu hohen Zahlen. Eine Auswahl von Analysen möge die nötigen Details für unsere Darlegung erbringen. Ulva latissiraa . . . Enteromorpha compressa „ intestinal! •Monostroma Grevillei . Cladophora glomerata . Vaucheria dichotonia f. marina .... Valonia utricularis . . Chara foetida . . . Cladostephus verticillat. Laminaria digitata . , „ saccharina . Fucus vesiculoßus . . „ serratus . . . Ascophyllum nodosum Cystoseira sp. ... Halydris siliquosa . . Sargassum vulgare . . „ bacciferum . Padina pavonia . . . Ecklonia buccinalis Durvillea utilis . . . Chondrus crispus . . Iridaea edulis . . . Gracilaria confervoid. . „ armata . . Delesseria sanguinea . Laurencia obtusa . . Polysiphonia elongata Ceramium rubrum . . Furcellaria fastigiata . Liagora viscida . . . »em- asche Kali Natron Kalk MAg- iiPBia Eisen phor- sHure 31,81 4,20 17,23 4,61 1,31 17,54 1,61 47,80 10,34 22,17 19,22 3,24 0,90 3.65 27,05 7,14 20,85 16,59 3,34 0,78 2,18 17,61 4,91 31,20 6,32 2 2'-" 1,.50 17,08 0,35 8,"38 59,18 1,84 o;53 4,14 38,39 4,88 14,64 5,69 1,83 14,34 4,82 52,97 3,21 14,99 7,86 3,98 15,45 4,51 31,33 0,85 0,44 95,35 0,99 0,07 0.54 28,i>5 4,46 22,80 . 10,00 1,37 18,64 22,40 24^09 11,86 7,44 0,62 2,56 7,56 12,91 21,86 22,08 14,49 1,06 2,12 13,89 15,23 24,54 9,78 7,16 0,33 1,36 13,89 4,51 31,37 16,36 11,66 0,34 4,10 14,51 10,07 26,59 12,80 10,93 0,29 1,.Ö2 16,05 4,30 33,89 4.80 1,54 1,84 11,19 1.5,41 15^49 10,12 7,55 2,39 2,95 24,58 20,40 23,72 17,90 4,02 1,84 11,62 0,78 6,96 47,05 5,85 . 3,33 58,90 0,87 34,10 2,02 4,53 0,85 11,83 22,66 20^20 26,16 6,17 3,69 12,57 28.73 14,89 0,87 2,61 20,61 17,32 18,73 7,16 11,35 2,21 9,86 23,42 16,93 20,46 V 13,01 24,06 3,94 26,37 6,25 2,0 14,96 4,61 12,12 6,80 22,67 2.98 6,05 3,53 n,6i 14,90 23^17 4,35 6,46 2,36 42,60 1,63 40,90 2,67 2',68 1,37 15,17 22,61 13^33 4,47 15,30 • 1,76 14,34 7,08 2,3,94 17,44 1,91 1,02 2,95 18,92 20.24 23,47 7,25 10,46 3,69 64,70 0,94 54,92 0,48 0^53 0,66 so. SiOo Cl 10,5523, 22,99j 5, 27,87 10, 34,77 2, 13,3310, 8,49j25, 0,23'2(i, 0,42: 1, 21.1.310, 13,26j 1, 23,89 . 28,16| 1, 21,061 0, 26,691 1, 14,5.316, 17,89 1, 14,65 . 19.10| 1, 4,88' 5, 15,981 4, 20,65 41.24 .30,.ö4 7,61 21,50 44,18 8,88 30,54 30,89 30,92 7,13 6818,90 11 16,2 2514,19 13 1,05 12,240,46 5037,240,67 17,4 14,30 16,36 12,22 0,16 17,233,08 0,53,0,95 1.0,24 0,31 14,39jl,13 1,09 19,68 3,79 8,841 23.53J 4;58j 8^84 17,65 5,24 65 Nach KÖNIG und Bettels (1) enthält lufttrockenes Material von Porphyra tenera . . . . Gelidium cartilagineum . Laminaria japonica . . Cystophyllum fusiforme . Enteromorpha compressa Ecklonia bicyclis . . . . Undaria pinnatifida . . Wasser Aßche NaCI Durch Dämpfen gelöste anorganische Stoffe 4,57 7,57 0,50 6,79 13,00 11,88 0,30 9,37 4,20 29,29 16,71 27,30 15,15 20,53 3,74 18,36 14,17 12,12 2,55 7,73 11,56 18,72 10,41 17,47 9,22 35,13 21,82 32,32 Seetang- Analysen von Beckmann und Bark (2): I. Fucus vesi- culosuB und serratus von der westfranzösi.schen Küste. II. Fucus serratus 1) J. König u. J. Bettels, Ztsch. Unt. Nähr. Gen. mittel, lo, 457 (1905). 2) Beckmann u. Bark, Sitz.ber. preuß. Ak. Berlin 1916, p. 1009. Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 23 354 Neunundvierzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Algen. und balticus von Rügen. III. Ascophyllum nodosum von Norwegen. IV. La- minaria Cloustoni von Norwegen. V. Laminaria saccharina von Norwegen. I II III IV V Wassergehalt d. lufttrock. Mat. 12,39 12,31 11,1 12,4 13,58 % Asche __,_. . . - 13.10 16,03 ach Tu 17,84 RRENTI 13,67 16.64 0/. Tange aus dem pacifischen Ozean n; NE(1): K,0 J KCl Asche Lösl. Salze P,0, SO3 Nereocystis Luetkeana . . 25,7 0,08 40,6 2,3 55,9 0,7 1,68 Laminaria bullata . . . . 15,9 0,41 25,2 5,8 36,8 Laminaria saccharina, Laub 13,3 0,15 21,0 3,5 35,0 Alaria valida . 16,9 0,41 26,7 17,4 35,6 Desmarestia ligulata . . . 13,5 0,12 21,3 9,8 41,9 Pleurophycus Gardneri . . 17,8 0,53 28,1 11,3 38,4 Fucus evanescens .... . 6,9 0,12 10,9 8,2 26,5 Egregia Menziesii . . . . 3,1 0,06 4,90 4,1 1,79 Postelsia palmaeformis . 13,9 0,15 22,0 5,7 1,04 Macrocystis pyrifera . . . 19,6 0,2 31,0 16,0 0,81 2,24 Pelagophycus porra . . . . 12,1 0,27 19,1 4,9 0,51 2,33 In Carraghen fand NygArd (2) 12;5 % Wasser und 21,37% der Trocken- substanz an Asche ; Jolles (3) gab nur 1,59% Asche für käufliches Carraghen von Chondrus crispus an. Zahlreiche Analysen von Algen sind bei VVolff mitgeteilt; ferner von J. A. Müller (4), über Fucus-Analysen von Grif- riTHS (5). Nostoc phylloderma aus Japan enthält nach Namikawa (6) in der Trockensubstanz 12,28 Aschenstoffe. Untersuchungen verschiedener Entwicklungsstadien von Algen fehlen fast ganz. Bei Wolff finden sich Analysen von Blatt und Stamm der Laminaria digitata im Frühling und Herbst mitgeteilt, welche nachstehende Veränderungen des Mineralstoffgehaltes mit dem Lebensalter und der Jahreszeit ergeben haben: Reinasche Kali Natron Kalk Magnesia Eisen V°4" ^uZll SiOs Gl Phos- Schwe- phors. felsSure Stengel, Frühling 35,10 34,11 12,09 5,45 12,91 0,53 2,06 8,56 1,42 28,35 1,1 „ Herbst 45,22 44,74 8,45 7,52 2,85 0,21 2,52 2,33 0,34 38,67 1,2 Blatt, „ 30,06 16,73 7,48 6,06 0,51 2,73 9,03 1,01 32,14 1,64 Viel läßt sich mit diesen Ergebnissen nicht machen. Nähere Erörterungen verdienen die als Inkrustationen und Gerüst- substanzen der Algen vorkommenden Mineralstoffe. Verkalkung der Zell- wände ist eine bei Algen außerordentlich verbreitete Erscheinung, die nicht allein den höheren Formen eigen ist. So kommt ,, Imprägnierung" der Zellmembranen mit kohlensaurem Kalk schon bei Peridineen vor (7). Daß bei Cyanophyceen in warmen Quellen Kalkablagerungen gebildet werden, wodurch oft mächtige Kalksinterkomplexe entstehen, hat wohl F. CoHN (8) 1) J. W. TURRENTINE, Joum. Ind. Eng. Cbem., 4, 431 (1912). ^Vgl. auch E. G. Parker u. J. R. Lindemuth, Ebenda, 5, 287 (1913). — 2) A. Nygard, Farm. Notisbl. (1909), Nr. 9, p. 125. — 3) Jolles, Just (1896), II, 452. — 4) .1. A. Müller, Ann. Agron., 20, 82 (1894). — 5) A. B. Griffiths, Chem. News, 48, 197 (1883). Frisby, Amer. Journ. Pharm., 52, 434 (1880). — 6) S. Namikawa, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 7, 123 (1906). — 7) A. J. Schilling, Flora (1891), Heft 3. — 8) F. Cohn, Schles. Ges. Bre.slau, 70, 11 (1893). § 1. Aschenanalysen. 355 zuerst hervorgehoben. In Nordamerika (Yellowstone-Distrikt und andere Orte) wurden Nostocaceen, ferner Schizothrix calcicola, Gloeocapsa violar»«« und bynechococcus atruginosus als Ursachen von Kalk- und Kieselsintcr- bildungen erkannt (1). Für die Bildung schwedischer Kalktuffe zählt bERNANDER (2) Rivularia haematites, Petalonema crustaceum und Di- plocoleon Heppn auf. Die Fällung des Kalkes erfolgt an der Außenfläche der bch einihullen. Im Bodensee zeigte sich deutlich eine Zonenbildung der Kalkschichten durch die Hemmung des Vorganges im Winter (3) Eine von CoHN (4) beobachtete Rivulariacoe (vielleicht Euactis calcivora A Br ) lost im basalen Teile, mit welchem sie sich festsetzt, Kalkgest.'in auf während im oberen Teile innerhalb der Gallertscheide, krystallinischo 'Kalkaus- scheidungen entstehen. Bei den in warmen Quellen lebenden Formen dürfte es sich um Bildung von Aragonit handeln. Meigen (5) hat in der Färbung feinzerriebenen Aragonites beim Kochen mit verdünntem Cobaltonitrat ein Mittel gefunden, um denselben von Calcit, der ungefärbt bl.nbt, leicht zu unterscheiden. Nach diesem Autor soll Aragonit bei llalimeda, Aceta- bularia, Galaxaura und Cymopolia gebildet werden, während Lithophyllum, Lithotbamnion und Corallina Calcit produzieren. Bei der Untersuchung von Kalkablagerungen bei Algen wird auch die Eigenschaft von Kalksalzen, Purpurinlösungen zu fällen, verwendbar sein, wie sie Grandis und iMaixi (6) für die Knochenuntersuchung benutzt haben. Sehr viele Forscher haben sich mit der Kalkinkrustation von Chara befaßt, die schon Payen (7) 1841 näher untersuchte. Nach Hanstein (8) findet die Kalkablagerung ausnahmslos in den Interzellularräumeh zwischen Rindenzellen und Achsenzelle nach und nach statt. Bei Acetabularia mediterranea haben Nägeli, de Bary und Strasburger, dann besonders Leitgeb (9) die mächtige Kalkein- lagerung in die Zellmembran untersucht. Bekannt ist schließlich die Ver- kalkung der Zellhaut vieler Siphoneen: Halimeda, Neomeris und vieler anderer, dann besonders der Florideen aus der Familie der Corallinaceen, welche in vielen geologischen Epochen gesteinsbildend auftraten, und auf die zahheiche Kalke, deren Struktur nicht mehr den Ursprung aus Kalk- algen verrät, genetisch zurückzuführen sind. Die Lithothamnion-Arten besitzen übrigens einen so hohen Gehalt an Magnesium in ihren Ablagerungen, daß man sie direkt als Dolomit bildende Algen betrachten kann (10). Doch zeigen die obenstehenden analytisehen Daten, daß man in einer Reihe von Fällen bei Algen einen auffällig hohen MgO-Gehalt beobachtet hat. Högbrom fand in einer Lithothamnion-Art von den Bermudas-Inseln 15 % MgCOg. In Meeresalgen konnte Kylin(11) allgemein Kalk mikrochemisch durch 1) Penhallow, Bot. Gaz., ./, 215 (1896). HAKSHBERcitK, Amor, .lourii. Pharm., 6g, 625 (1897). Tilden, Botan. Gaz., 24^ 194 (1W»7). — 2) Sep.nx.ndfh Geol. FÖrenig. Stockholm, jÄ, 521 (1915); j;, 127. — 3) Baumann, Vprh. Schweiz.' naturf. Ges., 96. Jahresvers. 1913. Frauknfeld, II, 2(I7 (1914). — 4) F. Cuhn Schles. Ges. (1894), p. 19. — 5) W. Meigen, Zentr. Mineralog. (1001). n. 577- Verh. Nat. Ges. (1910), II, /, 120; Wyrouboff, Chem. Zentr. (!!t()2), II, 629; HiNDEN, Thugutt, Ztsch. wiss. Mikr., 22, 303 (1905). Abscheidung von CaCÜ.ans Bicarbonat, Krystallform: F. Vetter, Ztsch. Kryst., 48, 45 (1910). — 6) Ghandis u. Maini, Zentr. Physiol. (1900), p. 107. Vgl. aiich Salümon, Jahrb. wiss. Botaii., 54' Metallfärbung verkalkter Gewehe: W. Stoeltzner, Biodum. Zentr.. 4, Hei. Nr. 250. — 7) Payen, Compt. rend., ij, 799 (1841). — 8) J. Han.stein. Nii-derrheia. Ges., Bonn (1872). Botan. Ztg. (1873), p. 694. — 9) Nä(;el(, Neuere Algensysteme, p. 158. DE Bary, Botan. Ztg. (1877), p. 713; Leitgeb. Sitz.ber. Wien. Ak., y6, 13 (1888). — 10) HüGBROM, Hedwigia (1894), p. (36). Kalkalgen der Silurzeit: Koth- PLETZ, Swed. geol. Undersöken. Afh.. Stockholm 1913. - 11) H. Kvlin, Ztsch physiol. Chem., 94, 337 (1915). 23' 356 NeunundvierzigßteB Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Algen. Ammoniumoxalat nachweisen. Die Intercellularsubstanz besteht wesentUch aus Calciumpectat. Sehr bemerkenswert ist die Einlagerung von Eisenhydroxyd in Zell- membranen, besonders in die Gallertscheiden vieler Algen. Auf das Vor- kommen derselben weisen schon die hohen FegOg-Werte in einzelnen der angeführten Analysen hin. Eiseneinlagerungen scheinen in allen Haupt- gruppen der Algen vorzukommen. Die Zusammenstellungen bei Molisch (1) zeigen, daß verschiedene Bacillariaceen, Oscillarien, Closterien, aber nach Klebs (2) auch Euglenaceen, ferner Valonien, Conferven, Cladophoren und Oedogonien hier zu nennen sind. Für Conferva sind Angaben von Han- stein (3) zu vergleichen; nach Gaidukow (4) ist der Vorgang der Eisen- ablagerung bei Conferva analog der Verkalkung oder Verkieselung der Membran. Während bei Closterium, auch Cladophora die Zellhaut im ganzen Umfange Sitz der Eiseneinlagerung ist, wird bei Trachelomonas, bei den Gallertstielen von Gomphonema, Conferva, Fe in der Gallerthülle abgelagert. Doch fand Molisch sogar im Zellinhalte mehrerer Algen Körnchen von FcgOi- Manche Algen bilden die Eiseneinlagerung nur in eisenreichem Wasser, wäüirend andere auch in gewöhnlichen eisenarmen terrestrischen Gewässern die Einlagerungen zeigen. Oedogonium- und Cladophora- Arten lagern nicht nur leicht CaCOg ab, sondern auch Fe(0H)3, während Zygnema und Spiro- gyra niemals Ca- und niemals Fe- Einlagerungen aufweisen. Deshalb liegt es nahe, an gemeinsame Ursachen zu denken und die Kohlensäureverarbeitung im Lichte durch die Algen mit der Zersetzung der im Wasser gelösten sauren Carbonate von Ca und Fe und einer Abscheidung von Carbonat bzw. Metall- hydroxyd durch sekundären Umsatz in Verbindung zu bringen. Für Mangan- salze ist Molisch (5) der Nachweis der Zersetzung im Lichte durch Wasser- pflanzen gelungen, allerdings nur für Phanerogamen. Da aber viele Kalk- algen andererseits nie Eiseneinlagerung bilden, so ist der Vorgang durch obige Überlegungen keinesfalls völlig aufgeklärt. Reichliche Manganablagerung fand Peklo (6) bei einer marinen Cocconeis-Art, einer auf Cladophoren epiphytisch lebenden Diatomee. Marcelet (7) fand in marinen Algen ziemlich viel Mangan: auf 100 g Trockensubstanz 1,5—36,3 mg Mn. In den Arbeiten des letztgenannten Autors findet man auch Angaben hinsichtlich des Arsengehaltes von Meeres- algen. Nach Tassilly und Leroide (8) enthalten 100 g Chondrus crispus 0,07, Fucus vesiculosus 0,01, Laminaria digitata 0,05, Lam. saccharina und flexicauhs 0,01 mg Arsen. Die Gegenwart von Spuren von Silber, Kupfer, Blei in verschiedenen marinen Algen (Ulva, Fucus) konstatierten schon Malaguti, Durocher und Sarzeaud (9). Diese Metalle sind in geringen Mengen im Seewasser enthalten und werden daraus von den Algen aufgenommen. Die spektro- graphische Aschenuntersuchung von Meerespflanzen zeigte Corneo (10), daß sich darin Ag, As, Co, Cu, Mn, Ni, Pb und Zn nachweisen lassen. Nur im Meerwasser fanden sich Bi, Sn, Gallium, Mo, Au; weder im Meerwasser noch in marinen Pflanzen nachzuweisen waren Sb, Ge, Be, Ti, Wo und Va. 1) H. Molisch, Die Pflanze in ihrer Beziehung zum Eisen (1892), p. 12. — 2) G. Klebs, Unters, botan. Inst. Tübingen, 2, 383 (1887). — 3) J. Hanstein, Niederrhein. Ges. Bonn (1878), p. 73. — 4) N. Gaidukov, Ber. bot. Ges., 23, 250 (1905). — 5) H. Molisch, Sitz.ber. Wien. Ak., 118, 1427 (1909). — 6) J. Peklo, österr. Botan. Ztsch., 59, 289 (1909). — 7) H. Marcelet, Bull. Sei. Pha., 20, 480 (1913); ebenda 271; Bull. Inst, ocöanograph., Nr. 265 (1913). — 8) E. Tassillv u. J. Leroide, Bull. Sei. Pha., 17, 680; Bull. See. Chim. (4), 9. 63 (1910). — 9) Malaguti, Durocher u. Sarzeaud, Compt. rend., 29, 780 (1849). Ann. CLim. et Phys. (3), 28, 129 (1850). — 10) Eu. Corneo, Compt. rend., 168, 613 (1919). § 1. AschenanalyBon. 357 Phosphate sind nach Kylin(I) im allgemeinen bei Meeresalgen mikrochemisch nicht aufzufinden. Nur bei gröberen Algen, wie Ascophyllum, Fucus und Laminaria kann man von einer Anhäufung von PO4 in den jüngsten Teilen des Thallus sprechen. Ungemein augenfällig ist der hohe Sulfatgehalt, welchen die Asche vieler Meeresalgen aufweist. Für Süßwasseralgen liegen noch viel zu spär- liche Erfahrungen vor, als daß ein Vergleich mit den marinen möglich wäre. Worauf die reichliche Gegenwart von SO4 beruht, ist nicht bekannt. Church (2) fand, daß käuflicher Chondrus crispus (Carraghen) mehr Schwefel enthält, als dessen Asche. Nach Hoagland und Lieb (3) enthält Ulva fasciata 4,4% Gesamt-S, 2,8% S als lösliches Sulfat, 0,4 lösliches or- ganisches S, 1,2% unlöslichen S und 0,1% mit Dampf flüchtigen S. Nicht unmöglich ist es, daß oft reichlich Gips vorhanden ist. Bisher kennt man aber nur bei verschiedenen Desmidiaceen durch Fischers Untersuchungen (4) das Vorkommen von Gipskryställchen in Algenzellen, welche hier in Vacuolen eingeschlossen auftreten. Der intensive Schwefelwasserstoffgeruch faulender Meeresalgen deutet aber auf das Vorhandensein größerer Mengen von Sulfhydrilgruppen. Ein sicherer Fall von Einlagerung von Schwefelkörnchen in Algenzellen ist bei einer Oscillaria-Art aus dem Golfe von Neapel durch Hinze (5) beobachtet. Die von P. Richter (6) in verschiedenen als ,, Wasser- blüte" auftretenden Cyanophyceen als ,, Schwefelkörnchen" gedeuteten Gebilde, sind, wie Klebahn (7) und Molisch (8) fanden, kein Schwefel. Klebahn hatte versucht, die rötlich gefärbten Inhaltskörperchen in den Zellen der erwähnten Plankton- Algen als Gas-Vacuolen zu deuten; doch ist dies nach den Untersuchungen von Molisch mindestens unsicher. Daß wir es in ihnen mit Schwebeeinrichtungen zu tun haben, hat Molisch nicht in Zweifel gezogen, wohl aber später Fischer (9)? Gegenwärtig ist die Natur der „Schwebekörperchen" gänzlich unklar. Auch die als Schwebekörnchen beschriebenen Gebilde bei Oscillarien sind in ihrer physiologischen Bedeutung noch aufzuhellen, Kieselsäure spielt bei den Algen eine wichtige Rolle als Bestandteil der Zellhaut. Schon 1834 hatte Ehrenberg (10) bei den Bacillariaceen den SiO 2- Gehalt der Schalen sichergestellt. Ladenburgs (11) Bemühungen, bei Pflanzen organische Siliciumverbindungen aufzufinden, sind erfolglos gebheben. Bezüglich der Diatomeen gehen vielmehr die Ansichten von Pfitzer und Schutt (12) dahin, daß Kieselsäure selbst oder ein Hydrat derselben in den Schalen abgelagert sei. Allerdings ist es nicht bekannt, ob intermediär in der Zelle organische SiOo-Verbindungen auftreten. Die oben erwähnten Kalksinter bildenden Cyanophyceen scheiden auch Kiesel- sinter aus, wodurch an heißen Quellen mächtige Ablagerungen entstehen können. Bei höheren Algen tritt die SiOg in ihrer Beteiligung am Stoff- wechsel wesentlich zurück. 1) Kylin, Ztsch. physiol. Chem., 94, 337 (1915). - 2) A. H. Church. Journ. of Bot, 5, 71 (1876). — 3) Hoagland u. Lieb, Journ. Biol. Chem., 23, 287 (1915). — 4) A. FiscHER, Jahrb. wiss. Botan., 14, 133 (1884). — 5) G. Hinze, Ber. bot. Ges., 2r, 394 (1903). — 6) P. Richter, Forsch. Bericht. Biol. Stat. Plön (1894) p. 42. — 7) Klebahn, Flora (1895), p. 241; Forsch. Bericht. Plön (1896) u. (1897). - 8) H. Molisch, Botan. Ztg. (1903), I, 47. - 9) A. Fischer, Ebenda (1906), I, 112. — 10) C. G. Ehrenberg, Pogg. Ann., J2, 674 (1834); jS, 213 (1836); 40 636 (1837). — 11) A. Ladenburg, Ber. ehem. Ges., 5. 668 (1872). Auch A. Peratoner, Rend. Congr. Bot. Palermo (1902), p. 134; Botan. Zentr., 99, 86. — 12) Schutt. Biochem. Zentr,, 6, 257 (1886). 358 Neunund vierzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Algen. Neben dem hohen Chlorgehalt der Meeresalgen, welcher bis 38% der Asche betragen kann (es handelt sich um Alkalichloride) (1 ), ist das Vor- kommen von mitunter nicht geringen Quantitäten Jod und Brom in diesen Organismen von Bedeutung. Im Jahre 1813 berichteten Desormes und Clement (2) über die Entdeckung des Jod als neuen Grundstoff im Seetang durch CouRTOis. Vielfach wurde behauptet, daß Jod nur in Meereskrypto- gamen, nicht aber im Seewasser selbst (3) vorkomme, und erst 1825 gelang es Vauquelin und Liebig (4), das Jod auch in der unbelebten Natur, in Mineralquellen, nachzuweisen. Meerwasser enthält im Liter rund 0,05 mg Gesamt- Jod, als Jodid und Jodat-Ion (5). Das Brom wurde zuerst 1826 durch Balard (6) sowohl in Fucus- Asche als im Seewasser aufgefunden. Im großen gewinnt man Jod hauptsächlich aus Laminarien. Nach Gau- tiers Untersuchungen (7) ist in Fucus und Laminaria im Mittel auf 100 g frische Pflanzen 12 mg Jod, auf 100 g trockene Pflanzen 60 mg J enthalten; unter Umständen ist der Jodgehalt aber auch bedeutend größer (8). ScuRTi (9) fand bei seinen im Mai und August ausgeführten Jod- bestimmungen bei Asche Jod Sargassum linifolium Mai 5% 0,1275 % August 40% 0,017 % Cystoseira discors Mai 12% 0,04554 % August 34 % 0,0085 % Braunalgen enthalten mehr Jod als Grünalgen. Hendrick(IO) gibt für Laminarien folgende Zahlen: Wasser W. lösl. Asche unlösl. Asche Ges. Halogen als Gl Jod Lam. digitata, Stengel 82,90 4,80 1,21 1,75 0,094% Blätter 75,00 4,06 1,06 1,36 0,084% Lam. stenophylla, Stengel 83,22 4,71 0,96 1,82 0,061 % Blätter 78,54 3,74 0,93 1,36 0,064% Fucus vesiculosus .... 68,12 5,02 1,13 1,04 0,010% Ascophyll. nodosum . . . 69,60 4,89 1,24 1,01 0,026% Fucus serratus 73,63 4,13 1,19 1,19 0,013% Junge Algen sind jodreicher als ausgewachsene. Nach Sundvik(II) ist der Jodgehalt von Ostsee- Algen trotz des salz- armen Wassers ebenso groß wie bei ozeanischen Algen. Cameron(12) 1) Nach Balch, Journ. Ind. Eng. Cham., i, 777 (1909) ist die Asche von Nereo- cystis und Macrocystis besonders reich an KCl. — 2) Desormes u. Clement, Schweigg. Journ., 9, 339 (1813). Ferner Accum, van Mons, Gilb. Ann., 46, 426; 48, 5, 428 (1814); H. Gaultier de Claubry, Ann. de Chira., 93, 75 (1816); Krüger, Schweigg. Journ., 32, 292 (1821); Fagerström, Berzelius Jahresber., 4, 210 (1825). J. Moleschott, Physiol. d. Stoffwechs. Erlangen (1851), p. 159. — 3) z. B. Fyfe, Ann. Chini. et Phys. (2), 12, 405 (1819); Bussy, Compt. rend., jo, 537 (1850). — 4) Vauquelin, Ann. Cliim. et Phys. (2), 29, 99 (1825); Liebig, Ebenda, 3/, 335 (1826). — 5) Vgl. Winkler, Ztsch. angew. Chem., 29, 205 (1916). — 6) Balard, Ann. Chim. et Phys., 32, 337 (1826). — 7) A. Gautier, Compt. rend., 129, 189 (1899). — 8) CuNiASSE, Chem. Zentr. (1900), II, 286. — 9) F. Scurti, Gazz. chim. ital., 36, II, 619 (1906); Scurti u. S. Caldieri, Staz. Sper. Agr. Ital., 40, 225 (1907). - 10) J. Hendrick, Journ. Soc. Chem. Ind., 35, 565 (1916). Vgl. ferner Cameron, Journ. Biol. Chem., 23, 1 (1915). — 11) E. Sundvik, Med.af Soc. pro fauna et flor. fenn. Bot. Zentr., 99, 163. — 12) A. T. Cameron, Journ. Biol. Chem., 18, 336 (1914); Jodspeicherung und Verteilung im tierischen Organismus: F. Blum u. R. Grützner, Ztsch. physiol. Chem., 92, 360 (1914). § 1. ÄBchenanalysen. 359 fand in allen Meeresalgen, ebenso in Seetieren, mindestens 0,001% Jod. Bei den Vertebraten enthielt nur die Schilddrüse eine nennenswerte Menge Jod. Nach Gautier finden sich Spuren von Jod: 0,25 mg auf 100 g Trocken- substanz auch in verschiedenen Algen des Süßwassers. Der Bromgehalt beträgt wohl selten mehr als 0,2% der Asche. Im normalen menschlichen Organismus fehlt Brom überhaupt (1). Zum Nachweise von Jod in Lamiiiaria röstete FlüCKIGER (2) ge- pulvertes, mit Bimsstein gemengtes Algenmaterial vorsichtig bis zur Ver- kohlung, extrahierte die Masse mit Wasser, säuerte mit FCI3 an und schüttelte das Jod mit Schwefelkohlenstoff aus, in welchem es eine violette Lösung gibt (3). Nach Tunmann (4) läßt sich diese Methode dahin modifizieren, daß man das Jod mit HNO3 freimacht und es sodann mit Stärkekleister nachweist. Auch Natriumhypochlorit eignet sich zum Freimachen des J (5). Weis (6) schlug vor, das eingetrocknete Algenextrakt mit KOH und KNO3 zu schmelzen und so das Jod in K J überzuführen. Man kann dann nach Riegler (7) das Jod mit H^Oa freimachen. Mikrochemisch ist Jod als Jodid bei Fucaceen nach Kylin (1. c. 1915) leicht nachzuweisen. Für die quantitative Bestimmung von Jod in organischen Substanzen muß auf die einschlägige Literatur verwiesen werden (8). Als scharfe Reaktion auf Brom läßt sich nach DENiGi;s (9) und Guareschi (10) die Purpurfärbung von Rosanihn-Bisulfitlösung durch Brom- dampf oder wässerige Bromlösung gebrauchen; das Rosanilinreagens kann auch in Form von Reagenspapier angewendet werden. Zum raschen Br- Nachweis in Gegenwart von viel Chlorid hat sich DENiGfes(ll) des violetten Farbenumschlages mit CUSO4 und koriz. H2SO4 infolge Bildung von CuBrj, HBr bedient. VAN Itallie (12) hatte angenommen, daß das Jod in den Algen als Jodid vorliegt. Die Vermutung, daß es sich um organisch gebundenes Jod handelt [Eschle (13), Weis], wird auch von Okuda und Eto (14) geleilt, nach denen das meiste Jod in Meeresalgen in wasserlöslicher organischer Form vorhanden ist. Ein Protein soll aber nicht in Frage kommen, so daß an Eiweißkörper die dem von Hundeshagen (15) aus Spongien angegebenen Jodspongin entsprechen, nicht zu denken wäre (16). Gautiers Annahme(1 7) daß sogar das Meerwasser fast nur organisches Jod enthält, welches sich aus abgestorbenen marinen Organismen regeneriert, ist unbewiesen und unwahr- scheinlich. 1) E. Pribram, Ztsch. physiol. Chem., 49, 467 (1906). — 2) Flückioer. Arch. Pharm., 25, 519 (1887). Vgl. auch die Probe von Jones, Ber. chem. Ges., ly, Ref. p. ö3 (1884). — 3) Jod in organ. Lösungsmittehi: M. Landau, Ztsch. physik. Chem., 73, 200 (1910). — 4) 0. Tunmann, Pharm. Zentr.haIU\ 48, 605 (1907). — 5) Vgl. A. Hunter, Journ. biol. Chem., 7, 321 (1910). — 6) E. \Veis. Chem. Zentr. (1903), I, 1168. — 7) E. Rieoler, Ebenda (1903). II. 772. — 8) M. C. Schütten, Chem.-Ztg., 19, 1143 (1895); P. Bourcet, Compt. read., 128, 1120 (1899). H. Baubigny u. G. Chavanne, Ebenda, 136, 1197 (1903). R. Bernier u. G. Peron, Journ. Pharm, et Chim. (7), 4, 161 (1911). P. J. Hanzlik. Journ. biol. Chem., 7, 459 (1910). E. Winterstein u. E. Herzfeld, Ztsch. physiol. Chem.. 63, 49 (1909). E. C. Kendall, Journ. Amer. Chem. Soc, 34, P''4 (1912). F. Blum u. R. Grützner, Ztsch. physiol. Chem., 91, 392 (1914). — 9) G. Deniges, Compt. rend., 155, 721 (1912). — 10) J. Guareschi, Atti Acc. Sei. Torino, 4S, (1912). — 11) G. DENiGis, Bull. Soc. Pharm. Bordeaux, 49, ''l (1910). — 12) L. van Itallie, Arch. Pharm., 227, 1132 (1889). — 13) Eschle, Ztsch. physiol. Chem.. 23, 30 (1897). — 14) Okuda u. Eto, Journ. Coli. Agr. Imp. Univ. Tokyo, 5- 341 (1916). — 15) F Hundeshagen, Ztsch. angew. Chem. (1896), p. 473. — 16) Vgl. Oswald, Ztsch physiol. Chem., 75, 353 (1911). — 17) A. Gautier, Compt. rcnd., 128, 1101 (1899). 360 Neunundvierzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Algen. Daß in besonderen kleineren Zellen der Rinde jüngerer Sprosse und an den Cystocarpien („Blasenzellen") mancher Florideen eine Verbindung vor- kommt, die sehr leicht freies Jod abspaltet, hat Golenkin (1) gezeigt. Der Sitz dieser Jodverbindung sind die Zellvacuolen. Starke Reaktion auf Jod geben Bonnemaisonia asparagoides und Spermothamnicn roseolum; negativ verhält sich nach Kylin (2) Ceramium tenuissimum. Die beiden erwähnten Algen färben Stärkekleister oder damit appretiertes Papier blau. Beschleunigt man die Reaktion durch Zugabe von Nitrit, so kann man nach Kylin sehen, daß auch von den übrigen Thalluszellen freies Jod geliefert Nvird. Ein analoger Fall ist übrigens aus dem Tierreiche von Sekreten von Käfern bekannt (3). Die Natur dieser labilen Jodverbindung ist nicht auf- geklärt. Hinsichtlich des Broms ist zu bemerken, daß auch hier organische Bindung in den Meeresalgen vorliegen dürfte. Organisch gebundenes Brom kennt man aus dem Tierreich vom Skctlett der Hornkorallen und von der Purpurdrüse der Schnecken (Dibromtyrosin und Dibromindigo) (4), §2. Die Resorption von Mineralstoffen durch Algen. Bei den submers lebenden Algenforiiien (nur solche sind bisher einschlägigen Untersuchungen unterworfen worden) werden die Mineral- stoffe, wie die Nahrungsstoffe überhaupt, durch die ganze Körperober- fläche in das Innere des Organismus aufgenommen, und es ist bisher kein Fall bekannt, in welchem eine Arbeitsteilung hinsichtlich der Stoff- aufnahme vorliegen würde. Die Wurzeln (Rhizoiden) sind so viel be- kannt, ausschließlich Haftorgane, wenn es auch nicht unmöglich ist, daß an ihnen lokalisiert lösende Wirkungen auf das Substrat ausgeübt werden. Daß Kalkalgen mit ihrem festsitzenüen Teil die Steine und Felsen, welchfi sie aidiaften, korrodieren, ist speziell für Euactis calcivora und Hydrocoleum calcilegum in den Schweizer Seen durch Forel(5) und später durch F. Cohn (6) naher ausgeführt worden. Bornet und Flahault(7) haben die Korrosion von Molluskehschalen durch Hyella caespitosa und Gomontia polyrrhiza geschildert; die Cyanophycee Mastigo- coleus testarum Lagerh., von der es eine marine und eine in Süßwasser lebende Form gibt, korrodiert nach Nadson (8) Kalkgestein und Austern- schalen; Boysen-Jensen (9) berichtet über Steinkorrosion durch eine Nostocacce. Cayeux(10) vermutet Spuren von Algenkorrosionen im oolithischen Eisen. Nach Rudas (1 1 ) bewohnt eine Grünalge, Chlorococcus ossicolus, abgestorbenes Knochengewebe. Wahrscheinlich ist es haupt- sächlich der innige Kontakt mit dem Substrat, welcher diese Wirkungen vermittelt, die man im näheren vermutlich auf Kohlensäureproduktion zu beziehen hat (12); um eine spezifische Wirksamkeit der Haftorgane, welche 1) M. Golenkin, Bull. Soc. Nat. Moscou (1894), p. 267. Auch D. Robertson, Transact. Hist. Soc. Glasgow (1896), p. 172= — 2) H. Kylin, Arkiv f. Botanik, 14, Heft 5 (1915). — 3) Vgl. v. Fürth, Vergl. ehem. Physiologie (1903), p. 364. — 4) C. Th. Mörner, Vidensk. selsk. skrift., 5, 1 (1916). — 5) Forel, Bull. Soc. Vaudois., 16, 173 (1879). — 6) F. Cohn, Schles. Ges. (1893), p. 19. Botan. Zentr., 68, 318 (1896). — 7) Bornet u. Flahault, Jouni. de Botan. (1888). — 8) G. A. Nadson, Bull. jard. imp. Botan. Peteisb., 10, 151 (1910). — 9) P. Boysen Jensen, Internat. Rev. Hydrobiol., 2, 163 (1909). — 10) L. Cayeux, Compt. rend., 158, 1539 (1914). — 11) G. RuDAS, Verhandl. Nas. Ges. (1909), II, j, 156. — 12) Hierzu auch E. Bachmann, Ber. bot. Ges., 33, 45 (1915). § 2. Die Resorption von Mineralstoffen durch Algen. 361 den übrigen Teilen der Algen nicht zukommt, handelt es sich wahr- scheinlich nicht. Da durch anorganische Neutralsalze der Alkalien uud Erdalkalien bei entsprechender Konzentrationssteigerung in der Regel leicht Plasmolyse eintritt, so pflegt man die Permeabilität der Plasmahaut für diese Mineral- stoffe gering einzuschätzen. Versuche von Duggar(1) zeigten jedoch, daß bei Meeresalgen isosmotische Lösungen von NaCl, KNO3 und Rohr- zucker nicht die gleiche plasmolytische Wirkung haben, sondern dieselbe in der Reihenfolge KNO.^< 783 (1895j; M. Adjaroff, Recherch. exp. siir la Physiol. de quelques Algues vcrtes, Geni^ve 1905. — 4) Winogradskt, Arch. Sei. Biol., P^tersbourg, j, (1895). — 5) A. Meyer, Ber. botan. Ges., 9, 77 (1891). Vgl. auch A. Hansen, Stoffbildung bei Meeresalgen, Mitteil. zool. Stat. Neapel, 11, 255 (1893). — 6) Bokorny, Botan. Zentr., 62, 1 (1895). — 7) 0. Loew, Flora, tos, 447 (1913); Bull. Coli. Agric. Tokyo, 7, 7 (1906). — 8).A. Andreesen, Flora, 99, 373 (1909). — 9) H. Kufferath, Bull. Soc. Roy. botan. Belg., 52, 286 (1913). - 10) H. Maertens, Beitr. Biol. d. Pfl., 12, 439 (1914). — 11) 0. Maas, Sitz.ber. Jlünch. Morph.phys. Ges., 20, 4 (1905). — 12) 0. Richter, Sitz.ber. Wien. Akad., J15, I, 51 (1906). § 2. Die Resorption von Mineralstoffen durch Algen. 365 Nach Mrazek(1) wachsen Fragilaria und Meridion nur bei Zugabe von Ca; Amphora gedeiht zwar auch kalkfrei, wird aber im Wachstum durch Ca gefördert. Beigabe von Strontiumsalz kann nach MaiiSCH bei Spirogyra den Tod durch Kalkhunger wohl vorzögern, aber nicht verhindern. Auch LoEW (2) fand, daß Strontiumchlorid relativ lange Zeit vertragen wird, bis zu 1 %, ehe schädliche Wirkungen erscheinen. Barytsalze werden weit weniger von Algen vertragen. Magnesiumsalz muß nach den übereinstimmenden Angaben aller Forscher den Algennährlösungen unbedingt zugesetzt werden, und keine einzige Algenform war in magnesiumfreier Kultur zum Wachstum zu bringen. BoKORNY sah als Folge von Mg-Mangel bei Conjugaten Schrumpfung des Zellkerns eintreten. Nach Reed (3) verhindert Mg-Mangel bei Vaucheria die Ölbildung in den Chlorophyllkörnern, und bei Spirogyra ist die Mitose ohne Mg verlangsamt. Doch dauert es nach Benecke in vielen Fällen lange, ehe die Folgen des Mg-Mangels in Erscheinung treten. Reine Mg- Salzlösung wirkt giftig und wird nach LoEW durch Kalk vollständig entgiftet, durcli Kali nur stark in ihrer Wirkung verzögert. Eisen hält Molisch auch bei Algen für einen unentbehrlichen Nahrungs- bestandteil, von dem allerdings nur sehr kleine Mengen nötig sind. Die Auf- nahme von Eisensalzen in die Zelle suchte Bokorny (4) zu verfolgen. Chlorose durch Eisenmangel, wie bei höheren Pflanzen, kennt man von keiner Alge (5). Sicher ist es, daß auch bei verschiedenen Algen Eisensalze als chemische Wachstumsreize wirken; sowohl das Ferro- als das Ferri-Ion ist wirksam. Doch sah Benecke diese Wirkungen nicht regelmäßig ein- treten. Ono (6) fand für Hormidium nitens die beste Wirkung von FeSO^ bei 0,0005%; jedoch bedingte noch 0,0126% einen größeren Ernteertrag als in den Kontrollversuchen. Andere Schwermetallsalze entfalten analoge Reizwirkungen. Für Zinksulfat fand Ono optimale Wirkung bei 0,00006% bis 0,0003%; auch Nick°elvitriol und Cobaltosulfat waren Reizmittel. Hin- gegen wirkte CUSO4 nur bei Pilzen, nicht aber bei Algen als Wachstumsreiz. HgCla war nur hemmend. Reizmittel scheinen ferner Lithiumnitrat, Fluor- natrium (0,00003%), Arsenite und Arsenate zu sein. Arsenite sind nach Loew schädhcher als arsensaure Salze (7). Bor ist nach Loew (8) nicht sehr wirksam. Die Aufnahme von Silber in Algenzellen haben Loew und Bo- korny (9) ausführlich nachgewiesen. Bei Darreichung sehr verdünnter und ganz schwach alkahscher Silbernitratlösung wird in den Zellen fein ver- teiltes metallisches Silber niedergeschlagen. Die von den genannten Autoren an diese Erscheinung geknüpften weitgehenden Folgerungen können jedoch nicht angenommen werden (10). Die Phosphorsäure ist nicht, wie Bouilhac (11) angegeben hatte, für niedere Algenformen erfolgreich durch Arsensäure zu ersetzen. Die Ver- suche von Molisch schließen diese Möglichkeit entschieden aus, und PO4 1) V. Mrazek, Botan. Zentr., /2p. 379 (1914). — 2) 0. LoF.w, Flora (1892), p. 392; 102, 96 (1911). Siehe auch O. Richter, Die Ernährung der Algen, Mono- graphien u. Abh. z. internal. Revue der ges. Hydrobiologie, Bd. II; Leipzig 1911. — 3) H. S. Reed, Ann. of Botan., 21, 501 (19Ü7). - 4) Th. Bokorny. Ber. botan. Ges., 7, 274 (1889). — 5) Nach unveröffentlichten Beobachtungen von Dr. Boresch im Prager Institute bilden bestimmte Cyanophyceen eine Ausnahme. — 6) N. 0x0, Journ. Coli. Sei. Tokyo, 13, I, 161 (1900). — 7) 0. Loew. Natürl. System d. Gift- wirkungen (1893), p. 19. - 8) 0. Loew, Flora (1892), p. 374. - 9) Loew u. Bo- korny, Botan. Zentr., 3S, 581 (1889); 39, 369 (1889); 40, 161. - 10) ^K • W Pfeffer, Flora (1889), p. 46. — 11) R. Bouilhac, Compt. rend., 119, 929 (1894). 366 Neunundvierzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Algen. ist als ganz unentbehrlicher Nährstoff für alle Algenformen anzusehen. Spirogyra wird nach Reed (1 ) durch Phosphormangel sehr stark geschädigt. Die Aufnahme organischer PO 4- Verbindungen (Nucleinphosphor) wurde an Chlamydomonas reticulata durch Teodoresco (2) verfolgt und hierbei die Wirksamkeit einer Nuclease festgestellt. Fast gänzlich unbekannt ist die Resorption von Schwefel Verbindungen und deren ModaHtäten bei Algen. Man nimmt auf Grund der bisher erzielten (doch nicht näher zergliederten) Erfahrungen an, daß für höhere Algen Sulfate am günstigsten wirken. Ob dies allgemein gilt, weiß man aber nicht. Daß Schwefelverbindungen ein unentbehrlicher Nahrungsbestandteil sind, steht wohl außer Frage. Darreichung von Kieselsäure und Chloriden war für die von Molisch und Benecke studierten Algenformen entbehrlich. Hingegen hat sich die Vermutung, daß Diatomeen Kieselsäure nötig haben, bestätigt. 0. Richter (3) wies für Nitzschia palea und putrida nach, daß diese Algen ohne Silicat- darreichung in Agarkultur nicht wachsen. Bemerkenswerterweise wirkt Kaliumsilicat ohne Ca nicht, während Calciumsilicat CaSigOg günstigen Erfolg bringt. Über die Bedeutung von Jod und Brom für die Meeresalgen ist nichts bekannt. Wyplel (4) hat eine Reihe vergleichender Versuche über die Wirkung von halogenwasserstoffsauren Salzen auf Algenzellen angestellt, welche, von neueren physikochemisehen und physiologischen Gesichtspunkten geleitet, wieder aufzunehmen wären. Das Verhalten von Algen gegen verschiedene Konzentrationen freier H* und OH'-Ionen haben Molisch und Benecke behandelt. Das gut unter- suchte Hormidium nitens wächst gleich freudig in schwachsaurer und schwach alkalischer Lösung. Die genauen Grenzen wurden aber damals nicht berück- sichtigt. In den vor Lichtzutritt nicht geschützten Wasserkulturen von Landpflanzen, welche man bekanntlich bei schwach saurer Reaktion hält, kann man das Gedeihen ähnlicher Algenformen beobachten. Spirogyra orbicularis Ktzg. wird nach Migula (5) durch 0,05% freie H3PO4 zum Ab- sterben gebracht. Vaucheria repens ist nach Benecke leicht in saurer Nährlösung zu züchten, während die nahe verwandte V. fluitans Klebs darin schnell abstirbt. Hier dürften manche unzureichend bekannte An- passungsverhältnisse mitspielen. Auch Michaels (6) gibt für einige Meeres- algen: Dictyota, Caulerpa, Ulva, Valonia- Arten, sowie für Meerestiere, an, daß anodische (basische) Lösungen immer schädlich seien, hingegen kathodische eher günstig wirken. Das Seewasser, dessen H'-Ionenkonzen- tration durch Sörensen und Palitzsch (7) genau festgestellt worden ist, ist bekanntlich praktisch als neutrale bis sehr schwach alkalische Flüssigkeit anzusehen. Die gefundenen Wasserstoffexponenten liegen zwischen 6,6 und 8,6. Molisch hat auf die Vorteile ganz schwach alkalischer Reaktion der Kulturflüssigkeit für die von ihm studierten Algenformen, sowohl Cyano- phyceen als höhere Algen, hingewiesen. Zur Erreichung der passenden H*-Ionenkonzentration benutzte man Zusatz von Dikaliumhydrophosphat oder Calciumcarbonat. 1) H. S. Rbed, Ann. of Botan., 21, 501 (1907). — 2) E. C. Teodoresco, Compt. rend., 153, 300 (1912). — 3) 0. Richter, Sitz.ber. Wien. Akad., 115, I (1906); Verhandl. Nat. Ges. (1904), II, /, 249; Denkschr. Wien. Akad., 84, 660 (1909); J. DE Lapparent, Compt. rend., 167, 999 (1918). — 4) M. Wyplel, Jahresber. Realgymn. Waidhofen a. d. Thaya, 1893; Botan. Zentr., 112, 216 (1895). — 5) Migüla, Dissert. Breslau (1889); 0. Loew, Pflüg. Arch. (1883), p. 112. — 6) H. Micheels, Arch. Internat. Physiol., 10, 341 (1911). — 7) S. P. L. Sörensen u. S. Palitzsch, Biochem. Ztsch., 24, 387 (1910); Compt. rend. Carlsberg, o, 8 (1910). Fünfzigstes Kapitel: Mineralstoffe der Flechten. 307 Fünfzigstes Kapitel: Mineralstoffe der Flechten. Die analytischen Ergebnisse hinsichtlich der in Flechten enthaltenen Aschenstoffe bieten manchen biologisch interessanten Gesichtspunkt. Die Menge der Mineralstoffe ist sehr verschieden. Church bestimmte den Aschengehalt von Collema furvum zu 6,57% der Trockensubstanz. Für andere Flechtengruppen findet sich eine Anzahl von Analysen bei Wolff (1 ) zusammengestellt, denen entnommen werden kann, daß der Aschengehalt für die meisten Strauchflechten nicht hoch steigt, während die an ihr Substrat angedrückt wachsenden Thalli (die allerdings unvollkommen gereinigt ge- wesen sein dürften) aschenstoffreicher zu sein pflegten. So enthielten au Asche in Prozenten der Trockensubstanz: Ramalina fraxinea . Cladonia rangiferina Usnea barbata . . . Cetraria islandica . . Evernia prunastri Cladonia pyxidata . Cladonia bellidiflora 2,72% Chlorangium Jusuffii . . . 16,01% 1,14% Gyrophora pustulata . . . 4,30% 1,32% Variolaria dealbata .... 17,55% 0,74% Parmelia scruposa 10,50% 3,50% Haematomma ventosum . . 5,26% 6,09% Biatora rupestris 9,50% 1,18% ■ Keegan (2) fand in Parmelia saxatilis 5,4% Asche, darin: lösliche Salze 13,3%, Kieselsäure und Beimengungen 5,5%, Ca 2,8%, Mg 1,8%, Fe- und Mn-Oxyde 20%, PO4 4,1 % und 1,1 % SO4. In Cetraria islandica fand Salkowski (3) 10,04% Wasser und 2,01% Asche, in Cladonia rangiferina 10,59% Wasser und 1,13% Asche. In der letztgenannten Flechte gab Ellrodt (4) 11,7% Wasser und 4,87% Asche an. Hansteen (5) bestimmte für Cetraria islandica 6,99%, für Cetraria nivalis 1,39% Aschengehalt; Nygard (6) fand für Cetr^ islandica 2,85 7o Asche in der Trockensubstanz, was auf verschiedene Schwankungen im Mineralstoffgehalt dieser Flechte hindeutet. In bestimmten Fällen ist der hohe Aschengehalt durch einen be- deutenden Gehalt an oxalsaurem Kalk bedingt, was schon Braconnot beobachtete. Eingehende Analysen verschiedener Flechten wurden schon von Thomson, Knop, Gümbel, Uloth(7) und späteren Forschern vorgenommen. Der erwähnte hohe Gehalt an Kalk tritt in diesen Analysen öfter hervor; auch viel Kieselsäure wurde bei Untersuchung einer Reihe von Flechten konstatiert, Beachtung verdient der zuerst von Gümbel und John (8), in neuerer Zeit von Molisch (9) beobachtete Gehalt vieler Flechten an Eis^n, wodurch der Thallus rostbraune Färbung annehmen kann („forma.- oxy- datae" der Systematiker). Die Eiseneinlagerung besteht nach MoLiscii in Körnchen, welche der Außenfläche der Hyphenmembranen anliegen und soll aus einer Eisenoxyduloxydverbindung nicht näher bekannter Art zusammen- 1) Wolff, Aschenanalysen, /, 135; 2, 110. -- 2) Keeüan. Chenr New8, 114, 74 (1916). - 3) Salkowski, Ztscb rhysiol. Chem., ,04, 105 (1919). - 4) Ellrodt u. KUNZ Brennereiztg., 35 (1918). - 5) B. IIanstekn. Chen^-Ztg.. 1906. p. 638. - 6) A. Nyoakd, Farm. Notisblad (1909), Nr. 9. p. 125. - 7) Thomson, Lielh Ann 53 257 (1845); W. Knop u. G. Schnederman.v, Jonrn. prakt. Ctiem .^o, 6bb (1847); GÜMBEL, Wiener Denkschriften, //; Uloth, Flora (1861), p. obb. — ») Joa^^ Über die Ernährung d. Pflanzen (1819); C. Müller, lledwigia jj, 9. (Ib91). - 9) H. Molisch, Die Pflanze in ihrer Bez. zum Eisen (189-), p. -1. 368 Fünfzigstes Kapitel: Mineralstoffe der Flechten. gesetzt sein. Molisch fand diese Erscheinung nur bei Urgebirgskrusten- flechten, besonders Lecidea-Arten. Daß die Zusammensetzung des Sub- trates auf die Zusammensetzung der Flechtenasche nicht geringen Einfluß hat, ist kaum zu bezweifeln und wird durch Analysen von Uloth u. a. be- stätigt. Doch entbehrt man der Anhaltspunkte, welche gesetzmäßigen Be- ziehungen hier obwalten und die Angelegenheit würde eine umfassende Be- arbeitung von weiteren physiologischen Gesichtspunkten aus verdienen. Mikrochemisch hat Salomon (1 ) den Nachweis von Kah, Magnesia, Kalk, PO4 in Hyphen und Flechtenalgen geführt. Meist verteilen sich diese Aschenstoffe in verschiedener Menge auf Flechtenpilz nud Alge. Kalk ist in sehr wechselnder Menge vorhanden. Mg ließ sich in Alge und Pilz nach- weisen, die PO4 scheint hauptsächlich von den Hyphen geliefert zu werden. In Cyanophycoengonidien konnte aus bisher unbekannten Gründen Kali nicht gefunden werden. Auch Versuche über Salzaufnahme aus Liösungen durch die Rhizoiden wurden angestellt. Das Eindringen von Kalkflechten in ihr Gesteinsubstrat beruht nach Bachmann (2) sicher auf lösenden Wirkungen, da man die Hyphen in größeren Kalkspatkrystallen eingebettet finden kann. Die Ansicht Zukals(3), wonach es sich um nachträgliche Umhüllung der Hyphen durch Kalkinkrustationen handelt, dürfte nicht stimmen. Nur epi- und endolithische Flechten haben die Fähigkeit, Kalk aufzulösen. Die energischste Wirkung dürfte an der Oberfläche der Gonidiengruppen und an den Hyphenspitzen stattfinden. Nach Bachmann (4) vermögen bei Kalkflechten Chroolepus (Trentepohlia) Gonidien den kohlensauren Kalk selbständig aufzulösen. Die bekannten Tatsachen erklären sicn wohl am einfachsten durch die Annahme, daß die produzierte Säure Kohlensäure ist. Schon 1859 hat Göppert (5) darauf auf- merksam gemacht, daß auch die Urgebirgsgesteine: Granit, Glimmerschiefer, Gneis, bewohnenden Flechtenformen (Imbricaria-Arten, Sphaerophoron, Biatora) ihr Substrat lockern und erweichen und daß hierbei der Feldspat in Kaolin übergeht. Die daneben befindlichen Gesteinspartien bleiben ganz hart. Auch solche Wirkungen könnten durch CO j- Wirkung hinreichend erklärt werden, wenn auch die Mitwirkung der von Flechten häufig produzierten Oxalsäure noch näherer Untersuchung bedarf. Nach den Fest- stellungen von Bachmann (6) vermögen Flechten auf Granitsubstrat wohl die leicht spaltbaren Glimmerkrystalle zu durchwuchern, nicht aber die Quarz- und Orthoklasbestandteile. Diese Silicate können nur auf präfor- mierten Haarspalten durchwachsen werden. Allerdings meinte Stahl- ecker (7) auch Korrosion von Quarz durch die Flechtenhyphen festgestellt zu haben. Nach Bachmann ist Lecidea crustulata auch in mehrjähriger Ein- wirkung nicht imstande, Bergkrystall anzugreifen; ebenso haften die Fuß- platten der Rhizoiden von Parmelia rubaurifera nur mechanisch auf Flint. Jedenfalls sind in allen Fällen chemische und mechanische Faktoren bei der Zerstörung von Silicatgesteinsflächen durch Flechten beteiligt. 1) H. Salomon, Jahrb. wiss. Botan., 54, 309 (1914). — 2) E. Bachmann, Ber. botan. Ges., 8, 141 (1890); 10, 30 (1892); 36, 528 (1918). — 3) H. Zukal, Denkschrift, math.nat. Klasse kais. Ak. Wien, 48. — 4) E. Bachmann, Ber. botan. Ges., j/, 3 (1913). — 6) Göppert, 37. Jahresber. schles. Ges. Breslau, 1859; Landw. Vers.stat., 3, 81. — 6) E. Bachmann, Ber. botan. Ges., 22, 101 (1904); 35, 464 (1917); Jahrb. wiss. Botan., 44, 1 (1907). — 7) Eu. Stahlecker, Untersuch, üb. d. Thallusbildung usw. bei Kruatenflechten. Dissert. Stuttgart 1905. EinundfOnfzigstes Kapitel; Mineralstoffwechael bei Moosen und Farnen. 309 Einimdfünfzigstes Kapitel: Mineralstoff Wechsel bei Moosen und Farnen. §1. Die Mineralstoffe der Moose. Zur Veranschaulichung, wieviel an Aschenstoffon in Laub- und Leber- moosen vorhanden ist, mögen nachfolgende Zahlen dienen. Lohmann (1) fand bei der Analyse von Lebermoosen: bei Fegatella conica 7,8%, Marchantia polymorpha 5,9%, Pellia epiphylla mit Kalkinkrustation 48,7% (kalkfrei gedacht 9%), Metzgeria iurcata 8,7%, Mastigobryum trilobatum 3,0% Aschenbestandteile (Reinasche). In Prozenten der Reinasfche waren vor- handen : Fe,03 + Mn,0. CaO MgO K,0 Na,0 P,0, SO3 Cl SiO, A1,0, 2,6 0,4 7,4 4,0 60.3 2,C 8,0 9,0 2,6 4,8 3,3 Spur 15,0 8,6 36,6 6,4 7,8 13,3 6,4 5,0 2.2 „ 22,4 10,8 34,3 2,7 8,3 10,5 6,J 3,3 9,2 „ 13,4 4,9 24,7 1,8 5,0 8,8 4,6 27,3 Mastigobryum trilobatum Fegatella conica . . . Marchantia polymorpha . Metzgeria furcata . . . Sphagna wurden öfters analysiert und bei Wolff (I, 135) findet sich eine Anzahl älterer Analysen wiedergegeben; die meisten zeigen aber durch ihre hohen Kieselsäurezahlen an, daß wenig gereinigtes Material vorlag; zwei von Websky stammende anscheinend bessere Analysen gaben folgende Zahlen für Sphagnum: Rein- rr ^^ %T . T^ 11 n/r • -c- Phosphor- Schwefel- Kiesel- p, , Tsche ^^^' ^^*''" ^"-^^ ^^^""'^^ ^'''" Bäure säure säure ^^'«'^ 2,88 17,72 8,57 13,9 6,94 19,28 5,55 6,03 12,16 5,70 3,00 23,58 11,21 1,14 7,79 6,10 6,33 6,56 15,84 6,32 Die erste Analyse bietet einen Fall der hier öfter vorkommenden Eisen- ablagerungen. Auch Tonerde und Mangan wurden in Sphagnen öfter kon- statiert. Weber und Ebermayeb(2) fanden für einige Hypnaceen folgende Zahlen : X. . -MT Phos- Schwe- ^'■^^, R7- Kali Natron Kalk ^/^ Eisen phor- fei- ^^^^ ;^- asche nesia ^^^^^ ^^^^^ säure Hypnum Schreberi . . 2,32 30,01 2,91 14,4 7,72 8,21 12,38 6,84 14,79 Hylocomium splendens 3,05 28,60 8,75 15,9 9,56 2,10 20,21 5,91 7,11 „ triquetrum 3,92 18,25 2,34 21,0 7,20 7,42 13,51 3,93 23,00 Die Zahlen, welche Treffner (3) für den Aschengehalt von ver- schiedenen Laubmoosen (Polytrichum, Sphagnum, Dicranum, Ortholrichum, Mnium, Funaria, Schistidium, Ceratodon, Climacium) angab, bewegen sich zwischen 1,9 und 6,39% des lufttrockenen Materials, stimmen also mit den übrigen Befunden überein; doch sind Treffners Werte für Kieselsäure in manchen Fällen auffallend hoch gefunden worden. Kohl (4) sowie Loh- mann 1. c. führen höhere SiO^-Werte als 12-15% auf Verunremigung 1) J. Lohmann, Beihefte botan. Zentr., 15, 229 (1903). - 2) R. Weber u. E. Ebermayer (1876), zit. bei Wolff, 2, 110. - 3) E Treffner, Dissert. Dorpat 1881; Just (1881), I, 157 u. 191; Ber. ehem. Ges., 14, 2252 (1881). - 4) F. G. Kohl, Kalksalze und Kieselsäure i. d. Pfl. (1889), p. 201. Czapek , Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl.. II. Bd. 24 370 Einundfünfzigstes Kapitel: Mineralstoffwechsel bei Moosen und Farnen zurück. Church(I) gab von Fontinalis antipyretica 2,82% AlgOg und 24,53% Kieselsäure an. Eine Analyse von Polytrichum commune durch Keegan (2) ergab im Oktober: 2,4% Asche; davon 16,4% löshche Salze, 45,4% SiOg, 7,3% CaO, 3,4% MgO, 12,1% Eisen 4,3% PO4, 3,7% SO4, etwas Mangan, Sparen von Gl. Im Juni enthielt die Asche 41,9% lösliche Salze und nur 16,3 % SxOj. Soweit dieses Tatsachenmaterial eine zusammenfassende Beurteilung zuläßt, ist der Aschengehalt der Moore meist niedrig; nur die blattartig entwickelten Thallome der Lebermoose geben analog den Laubblättern höherer Pflanzen höhere Werte für den Mineralstoffgehalt. Die Zahlen für Kali und PO4 sind meist hoch und es zeigen auch hierin die thallösen Lebermoose Ähnlichkeit mit Laubblättern. Kalkinkrustation, Einlagerung von Eisenoxyd sind auch bei Moosen keineswegs seltene Vorkommnisse. Für die Keimung der Moossporen und das Wachstum der Moospflänz- chen ist nach Reed (3) Kali nötig, doch kann in einigen Fällen wenigstens in den ersten Keimungsstadien das Natron für K erfolgreich eintreten. Kali soll ferner für die Stärkebildung und die karyokinetische Kernteilung der Moose nötig sein. Nach Kessler (4) hängt der Keimungsprozeß der Moos- sporen aber auch sehr von dem H'-Ionengehalt der Nährlösung ab. Die kalkholden Moose bevorzugen leicht alkalische Reaktion und der Kalk wirkt eben dadurch, daß er den günstigen H -lonengehalt herstellt. Für andere Moose ist ein höherer H*-Ionengehalt zur Sporenkeimung nötig. Daß aber Kalk und Magnesia überall zur Ernährung der Moose nötig sind, dürfte kaum einem Zweifel unterliegen. Mit Protonemakulturen von Moosen ar- beiteten Servettaz, sowie Gurlitt (5). Moosprotonemen entwickeln sich leicht in sterilisierten verdünnten Salzlösungen, vertragen aber kaum mehr als 0,5% Salzkonzentration. Kalk, Kali und Eisen sind unentbehrlich, der erstere wird reichlicher verbraucht als Mg und Fe. P und S sind unentbehr- lich, Gl scheint nutzlos zu sein. Hinsichtlich der Haarwurzelbildungen, welche bei manchen Moosen, wie bei den thallösen Lebermoosen, immerhin eine gewisse (noch nicht näher abgegrenzte) Bedeutung für die Mineralstoff- aufnahme besitzen, sei auf die Ausführungen von Dachnowski (6) ver- wiesen. Die sogenannte ,, Kalkfeindlichkeit" der Sphagna beruht nach Paul (7) auf der erwähnten Wirkung des Galciumcarbonates auf die H*- lonenkonzentration im Substrat. Die Torfmoose gehören zu jenen Moosen, welche ein Herabdrücken der H*-Ionenkonzentration bis unterhalb die Neutralitätsgrenze nicht vertragen. Um eine Wirkung des Ca-Ions handelt es sich nicht. § 2. Die Mineralstoffe der Farn pflanzen. Obwohl sich die Pteridophyten in den Verhältnissen ihres Stoffwechsels größtenteils den Blütenpflanzen anschließen und daher eine gesonderte 1) A. H. Church, Proc. Roy. Soc, 44, 121 n888). — 2) Keegan, Chem. News, 112, 295 (1915). — 3) H. S. Reed, Ann. of Botan., 21, 501 (1907). — 4) B. KicssLER, Beihefte botan. Zentr., 31, I, 358 (1914). Einschlägige Versuch« ferner bei P. Becquerel, Compt. rend., 139, 745 (1904). — 5) Servettaz, Ann. Sei. nat. (9), 17, 111 (1913). L. Gurlitt, Beihefte botan. Zentr., 35, h 279 (1918). — 6) A. Dachnowski, Jahrb. wiss. Bot, 44, 254 (1907). — 7) H. Paul, ßer. botan. Ges., 24, 148 (1906); Mitteil, der kgl. bayr. Moorkulturanstalt, Heft 2 (1908). Skene, Ann. üf Botan,, 2g, 65 (1915). § 2. Die Mineralstoffe der Farnpflanzen. 37 1 Besprechung ihres Mineralstoffwechsels nicht in joder Hinsicht nötig ist, so sind doch einige Befunde und Besonderheiten namhaft zu machen, welche gerade die Farnpflanzen auszeichnen. Zunächst das häufige und reichliche Vorkommen von Tonerde in der Asche, welches vor allem den Lycopodiaceen eigen ist. NachCHURCH{1) fehlt Aluminiumgehalt bei den Selaginella- Arten. Reich- lich wird AI2O3 in der Asche erdbewohnender Lycopodiumformen gefunden: Lycopod. alpinum 33,5%, clavatum 15,24%, Selago 7,2S%, cernuum 10,09% der Reinasche an Tonerde. Von den epiphytischen Arten enthält Lyc. Biilar- dieri kein AI2O3, Lyc. Phlegmaria 0,45%. Hinsichtlich Phylloglossum, Tmesipteris und Isoetes fehlen Angaben; Psilotum triquetrum und Marsilea enthalten Spuren, Salvinia natans 1,86%. Von echten Farnen wies eine von Church untersuchte neuseeländische Cyatheacee den höchsten AI- Gehalt mit 19,G5% auf; eine Reihe anderer Farne enthielt eine kleine Menge Ton- erde. Langer (2) wies in den Sporen von Lycopodium clavatum reichlich Aluminium: 15,3% der Asche, nach. Bei Equiseten und Opliioglosseen wird AI2O3 vermißt. Councler (3) fand bei Lycopod. annotinum 18,1% Tonerde; der höchste Wert mit 39,07% ergab sich Church bei Lyc. chamae- cyparissus. Analysen von Lycopodium annotinum und Ophioglossum vulgaluiu durch Councler ergaben ferner Mn-Gehalt dieser Pflanzen: K,0 Na,0 CaO MgO MngO, Fe^Og P,0, SO3 SiO. Lycopod. annotin. 37,29 1,49 8,54 6,35 4,00 1,35 6,52 12,56 3,52 Ophioglossum . . 64,10 3,53 14,65 4,60 0,47 0,19 3,44 5,44 3,58 Die Pteridophyten sind häufig durch Kieselsäureeinlagerungen in die Zellmembranen ausgezeichnet. Besonders auffällig und schon von den älteren Phytochemikern (4) hervorgehoben, ist der Kieselsäurereiohtum der Equisetaceen. Der Aschengehalt wird nicht besonders hoch gefunden: bei Equisetum arvense in den fertilen Sprossen mit 12,55%, in den sterilen Sprossen mit 12,12% [Storer und Lewis (5)]. Bei Equisetum maximum fand Church 63% Kieselsäure in der Asche, doch scheinen nach Analysen von Mariani (6) zwischen den einzelnen Arten von Equisetum weitgehende Differenzen im Kieselsäuregehalte zu bestehen; bei E. Telmateja wunlen 31,083%, bei arvense 6,188% SiOg gefunden. Von sonstigen Kieselsäure- zahlen ergaben sich folgende Werte [Church, 1. c, für Pteridium Hor.v- berger(7)]: Lycopodium alpinum, . . 10,24% Lycopodium cernuum . . 30,25% Lycopodium clavatum . . 6,40% Lycopodium Billardieri . . 3,14 ^'o Lycopodium Selago . . . 2,53% Ophioglossum vulgatum . 5,32"« Selaginella spinulosa . . . 6,67% Salvinia natans 6,71 *)o Psilotum triquetrum . . . 3,77% Marsilea quadrituliata . . 0,88% Cyathea serra 12,65% Pteridium aquilinum . . . 49,85*^,0 Eine Aschenanalyse von Pteridium aquilinum, welches von einem Boden mit 0,01% CaO und 0,025% MgO stammle, geben ferner Gillot und DURAFOUR (8): 1) A. H. Church, Chem. News (1874), p. 137. Journ. of Botan. (1875). p. 169. — 2) A. Langer, Arch. Pharm. (1889), p. 241, 289. — 3) Coinci-kr. Botan. Zentr., 40, 97 (1889). — 4) Vgl. Bracon.vot, Ann Chim. et Phys. (2), jg, 1 (1828). Struve, Journ. pra::t. Chem., 5, 450 (1835). Rose, Pogg. Ann.. 76, 359 (1849). Struve, Lieb. Ann., 97, 349 (1856). — 5) F. Storer u. Lewis. Zentr. Agr. Chem., 8, 73 (1879). — 6) Mariani, Just (1888), I, 58. — 7) Hornberger, Landw. Vers.stat, 32, 371 (1880). — 8) X. Gillot u. Durafoür, Bull. Soc. de Natur, de l'Ain (1904), p. 8, Just (1904), II, 1052. 24» 372 Zweiundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel von Samen. 68,8% SiOa 2,4% SO3 8,2% PO4, FeaOg, AljOg 0,3% Cl 12,2% CaO 3,3% Alkali 4,7% MgO Über die verkieselten Zellmembranen und Kieselkörper bei echten Farnen (Marattiaceae) hat Poirault (1 ) Mitteilungen gemacht. Ferner sind die Angaben von Harvey-Gibson (2) überAblagerungen von SiGj in der Rinde des Selaginellastämmchens zu vergleichen. Auch Eiseneinlagerungen sind bei Equisetum, den Analysen Marianis zufolge, welcher für die Asche von Equ. Telmateja 23,4%, von arvense 37,34% Eisengehalt angab, vorhanden. In Lycopodiumsporen fand Langer gleichfalls hohen Eisengehalt: 18,41% der Asche. Im übrigen sind die Ver- hältnisse des Fe jO 2" Gehaltes der Gefäßkryptogamen noch wenig verfolgt. Abschnitt 2: Die Mineralstoffe im Stoffweclisel der Blütenpflanzen. Zweiundfünfzigstes Kapitel: Der Älineralstoff Wechsel von Samen. Die Verhältnisse im reifen Samen. Vom Samennährgewebe, dessen Funktion es ist, dem Embryo in dessen ersten Vegetationsstadien zu seinem Wachstum die nötigen Sub- stanzen in vollständigster und passendster Art zur Verfügung zu stellen, dürfen wir voraussetzen, daß auch der Gehalt an Mineralstoffen und deren Mischung mit dieser Funktion in Beziehung steht. In der Tat treten hinsichtlich der Mineralstoffe der Samennährgewebe derartige Ver hältnisse stark hervor, und interessante vergleichend biologische Momente, wie sie sich u. a. in der bemerkenswerten Verwandtschaft der Reserve- eiweißstoffe von tierischem Dotter, der Milch und den Pflanzensamen äußern, sind in den Mengenverhältnissen der einzelnen Aschenstoffe: im Reichtum an Phosphorsäure, Kali, Magnesia im relativ geringen Kalk- gehalt usw. unverkennbar vorhanden. Die Samen sind überdies während ihrer Reifezeit keine Zielpunkte eines starken Transpirationsstroms, wie die Laubblätter, und es sind deswegen Speicherungen von bestimmten im Boden reichlich vorhandenen Mineralstoffen, wie NaCl, CaCOj in Samen nur in sehr geringem Grade möglich. So tritt die Anpassung des quantitativen und qualitativen Mineralstoffgehaltes an die Bedürfnisse der embryonalen Wachstumzeit in der Regel ungetrübt zutage. Da bei den allermeisten Aschenanalysen von Samen praktische Interessen im Vordergrunde standen, so ist das vorhandene Analysen- 1) PoiEAULT, Ann. Sei. Nat. (7), t8, 113 (1893). — 2) Harvey-Gibson. Ann. of Botan., 7, 355 (1893). § 1. Die Verhältnisse im reifen Samen. 373 material nicht in allen Punkten für physiologische Zwecke geeignet. Man hat meist die ganzen Samen, ganze Karyopsen und Schließfrüchte samt Tegumenten und Fruchtschalen zur Untersuchung gebracht, wodurch natürlich das Bild der Aschenstoffverhältnisse des Nährgewebes häufig schwer erkennbar wird. Gerade die Maximalzahlen, die für den Gesamt- aschengehalt von Samen angegeben werden, sind durch derartige Um- stände entwertet, man hat z. B. bei Lithospermum officinale bis 29,3 7o, bei Daucus Carota bis 8,51 7o, Rubia tinctorum 7,30 Vo und bei Papaver in- folge der subepidermalen Oxalatschicht bis 6,047o Gesamtasche erhalten usf. Von derartigen Fällen abgesehen, stellt sich aber der Gesamt- aschengehalt auch bei nicht entschälten Samen im Verhältnis zu anderen Organen recht niedrig. Die kleinsten Werte weist wohl die Karyopsis von Oryza sativa auf, welche im Mittel 0,39% Asche enthält, nach WoLFF bei 3iner abessynischen Reissorte sogar nur 0,21%- In den meisten Fällen aber, auch bei geschälten Samen und isolierten Nähr- geweben, bewegen sich die Zahlen für den Gesamtgehalt an Aschen- stoffen zwischen 2 und 4% der Trockensubstanz. Es wäre sehr erwünscht, die Aschenstoffquantitäten im Äther-, Alkohol- und Wasserextrakt der Samennährgewebe festzustellen, wodurch manche Einzelheiten bezüglich Bindungsart u. s. w. ersichtlich würden. Das Auslaugen von Mineralstoffen durch Wasser aus Samen von Triticura und Phaseolus studierte Andre (1). In 281 Tagen verlor Triticum 79,57% der PO4 und 99,22% des K, Phaseolus 83,4% der PO^ und 90,97 des K. Im Petrolätherextrakt von Hordeum fanden Schlagdenhauffen und Reeb(2) PO4, Na, Ca, Fe, Mn, aber kein Mg. Bei Avena, Seeale, Triticum wurde K statt Na nachgewiesen. Die ätherlösliche PO4 ist auf Rechnung des Lecithins zu stellen. Embryo und Nährgewebe sind hinsichtlich ihrer Aschenstoffe selten getrennt untersucht worden. In mehreren Fällen dürfte wohl der Gesamt- aschengehalt des Embryo jenen des Nährgewebes übertreffen, ohne daß bekannt ist, woran dies liegt. Für den Embryo von Zea Mays fand MosEF (3) 4,36 und 5,49% Asche. Hopkins, Smith und East (4) konstatierten im Maiskeini 9,9—10,48% Aschenstoffe, im Stärkeendosperm aber nur 0,18—0,6% Asche, in der Kleberschicht 0,92—1,74% Asche. Für den Weizenembryo gab Frankfurt (5) 4,827o Aschengehalt an, und Zahlen von Siebel(6) wurden für den Blattkeim der Gerste zu 2,19% für den Wurzelkeim zu 3,31 und 2,84% bestimmt. Zur Illustration der Verteilung der Gesamtasche in Samennähr- geweben auf die einzelnen Bestandteile seien nachstehende Analysen angeführt. K,0 Na,0 CaO MgO Fe,0, P,Os SO, SiO, Gl Mn 0, 1. Avena sativa . . . 27,96 — 7,46 10,12 1,54 47,73 - - _ 2. Fagopyrumesculent 23,07 6,12 4,42 12,42 1,74 48,67 _ _ - 3. Pisum saüvum . . 43,10 0,98 4,81 7,99 0,83 35,90 - - - 4. Linum usitatiss. . 30,63 2,07 8,10 14,29 1,12 41,50 - — - 5. Cannabis sativa . . 20,28 0,78 23,64 5,70 1,00 36,40 — - — 6. Cocos nucifera . . 43,88 8,39 4,63 9,44 — 16,99 — — - 7. Juglans regia . . 31,11 2,25 8,59 13,03 1,32 43,70 - — — 8. Panicum railiaceum 18,23 — 1,64 14,20 0,53 40,21 1,82 — — 9. Coix agrestis . . . 22,04 — 2,63 13,33 4,46 36,82 4,47 — — 1) G. Andre, Compt. rend., 154, 1103 (1912). — 2) Schlagdenhauffkx u. Reeb, Ebenda, 139, 980 (1904). — 3) J. Moser, Jahresber. Agr. Chem. (1H78), p, 750. — 4) Hopkins, Smith u. East, Jonrn. Araer. Chem. Soc, 35, 1166 (1903). — 5) S. Frankfurt, Landw. Vers.stat., 47, 449 (1896). — 6) E. SiEREr,, .luvt (1890), I, 44. 374 Zweiundfünfzigßtes Kapitel: Der Mineraistoffwechsel von Samen. K,0 Na,0 CaO MgO FejOg T,0, SO, SiO, Cl Mn,Og 10. Torreya nucifera . 52,44 — 3,07 11,29 0,56 19,51 0,69 — — 11. Camelliajaponica . 42,63 - 5,01 7,60 9,24 24,74 6,67 — — 12. Arachis hypogaea . 47,72 — 4,00 14,47 1,21 27,64 0,13 — — 13. Pinus Cembra . . 24,16 9,35 17,40 5,13 0,682 32,11 0,98 0,31 — 14. Phytelephasmacroc. 23,19 0,09 8,43 3,11 8,50 14,30 2,46 — 8,34 15. Phoenix dactylifer. 13,75 9,03 11,85 14,99 2,85 26,35 5,81 1,27 — 16. Piper nigrum . . 7,15 0,84 31,06 11,64 1,86 30,75 3,76 1,46 0,9 17. Sinapis alba . . . 24,98 0,21 15,79 9,58 1,38 ?8,48 8,28 1,17 0,12 18. Brassica nigra . . 23,59 0,38 14,95 11,06 1,16 4C,99 6,12 1,55 0,16 19. Beta vulgaris . . 32,93 4,97 13,44 3,91 3,86 _ _ _ 4,19 20. Glycine hispida . 45,02 8,92 8,19 — 29,13 1,37 — 0,75 21.Colaacuminata . . 54,96 ■ ■ 8,54 1,38 14,62 8,50 1,07 1,30 22. Aesculus Hippocast. 61,05 • 4,77 5,85 ■ 25,50 1,93 0,19 0,71 23. Bassia longifolia . 56,68 • 0,64 • 2,01 15,47 0,81 • 24. Beta vulgaris geschält 1,90 • 0,23 • • 2,70 • 25. Ricinus commun. geschält, entfettet 3,90 20,7 48,2 0,5 0,0076 26. „ ölhaltig 4,0 19,8 31,9 27. Aleurites triloba . 0,75 • 0,17 0,60 • 1,59 • • • 0,03 28. Trigonella coerulea 33,71 5,304 8,374 7,123 2,204114,194 7,087 4,759 5,81 Spur 29. Cicerarietimim . . 28,38 4,12 10,19 20,06 2,2 34,51 3,64 0,68 1,96 — 30. Maclura pomifera . 3,82 0,13 0,16 0,20 0,67 (von 6,6 % Rohasche) 31. Theobroma cacao Radiculad.Embr. wassotlösl. Aschenstoffe 6,26 • 1,36 Analysen 1—7 sind den Zusammenstellungen von Wolff ent- nommen, 8—12 stammen von Kellner (1), 13 von Lehmann (2), 14 von HoLDEFLEiss(3), 15 vou Georges (4j, 16 vou RÖTTGER (5), 17 uud 18 von PiESSE und Stansell(6), 19 von Ihlee(7), 20 von Pellet(8), 21 von Chodat und Chuit(9), 22 von Hanamann(1 0), 23 von Valenta(11), 24 von Strohmer und Fallada (12), 25 von Hamlin(13) 26 von E. Schulze und Godet(14), 27 von Thompson (15) 28 von Wunschen- D0RFF(16), 29 von Häussler (1 7), 30 von Zlataroff (1 8), 31 von Mc Hargue(19). Daß das Bild der Zusammensetzung der Samennährgewebsasche tatsächlich mit der Zusammensetzung der Asche embryonaler und junger Gewebe übereinstimmt, zeigt der Vergleich mit nachstehenden Analysen- ergebnissen: K3O Na,0 CaO MgO Fe,0, P.Og SO. SiO, Cl Weizenkeimlinge: Radicula . 43,23 12,27 0,76 4,05 0,43 29,12 0,29 8,75 0,99 Plumula . 48,38 • 0.58 5,93 0,38 41,01 • 2,35 0,15 Brasbicakeimlinge-Pluniula . 15,44 • 9,24 11,54 1,30 38,67 23,81 „ Radicula . 36,80 • 6,13 8,13 6,13 26,53 16,27 • 1) 0. Kellner, Jahresber. Agr. Chera. (1886), p. 65. — 2) E. Lehmann, Just (1890), I, 90. — 3) F. Holdefleiss, Zentr. Agr. Chem. (1880), p. 234. — 4) Georges, Journ. Pharm. Chim. (5), j, 632 (1881). — 5) H. Röttger, Arch. Hyg. (1886), p. 183. — 6) C. H. Piesse u. L. Stansell, Pharm. Journ. (3), //, 416 (1880). — 7) Ihlee, Dingl. polytechn. Journ., 234, 494 (1879). — 8) H. Pellet, Compt. rend., 90, 1177 (1880). — 9) Chodat u. Ph. Chuit, Arch. Sei. phys. et nat. Geneve (1888), p. 497. — 10) Hanamann, Just (1885), I, 75. — 11) E. Valenta, Dingl. Pol. Journ., 231, 461 (1884). — 12) Strohmer u. Fallada, Chem. Zentr. (1906), I, 1440. — 13) M. L. Hamlin, Biochem. Bull., 2, 410 (1913). — 14) E. Schulze u. Godet, Ztsch. physiol. Chem., 58, 156 (1908). — 15) A. R. Thompson, Journ. Ind. Eng. Chem., 5, 644 (1913). — 16) Wunschendorff, Journ. Pharm, et Chim. (7), 9, 345 (1914). — 17) E. P. Häussler, Arch. Pharm., 252, 82 (1914). — 18) A. Zlatarow, Ztsch. Unt. Nähr., j/, 180 (1916). — 19) Mc Hargue, Journ. Ind. Eng. Chem., 7, 612 (1915). § 1. Die Verhältnisse im reifen Samen. 375 K,0 Na,0 CaO MgO Fe,03 P,0, SO, SiO, Cl Trifolium pratense, ganz jung 30,06 2,27 28,13 9,28 1,69 12,13 2,21 Blumenkohl 44,36 5,89 5,58 3,66 1,02 20,22 13,01 • Cynara Scolymus .... 24,04 7,41 9,56 4,14 2,51 38,46 5.18 • Asparagussprosse .... 24,04 17,08 10.85 4,.32 3,38 18,57 6,18 • Kuhmilch 24,08 6,05 23,17 2,63 0,44 27.98 1,26 • Neugeborenes Säugetier . . 9,81 7,48 34,98 1,77 0,27 40,67 SCHICHOWSKY (1) vorglich boim Mais die Aschenstoff*' von Hülle, Endosperm und Embryo und eriiielt folgende Zahlen: KjO Na,0 CaO MgO FCjOg IV), SO^ SiO, Cl Gesanitasche Hülle. . . 30,08 1,95 2,3 10,5 2,34 23,3 23,5 5,5 . 0,29 Endosperm 37,31 . 0,06 8,5 1,41 36,4 14,4 1,4 . 0,78 Embryo . 23,57 . 7,9 6,6 0,54 41,8 19,4 0,2 . 2,22 Hinsichtlich des Kaligehaltes der Samen ist zu sagen, daß der- selbe meist 20 — 50% (1er Gesamtasclie beträgt, manchmal auch 60 o/^ der Gesamtasche überschreitet, und nur selten bis unter 12'*/o der Asche des Nährgewebes herabgeht. Beziehungen zwischen 'der Art der im Nährgewebe aufgestapelten organischen Reservestoffe (Fett, Stärke, Reserve- cellulose, Eiweißstoffe) und der Quantität des vorhandenen Kali ergeben sich anscheinend nicht. Nach einigen bei Wolff angeführten Daten scheint es möglich zu sein, durch reichliche Kalidüngung den Kaligehalt der Samen um ein Geringes zu steigern (1. c. p. 10 und 52); so enthielten mit Holzasche gedüngte Sommerweizenpflanzen in den Samen 36,29 7o Ka^ (ungedüngt: 32,7l7o)> desgleichen steigerte Holzaschedüngung bei Vicia Faba den Kaligehalt der Samen von 45,52 auf 46,76^0 der Reinasche. Der Natrongehalt der Samen ist in der Regel klein, sehr oft weniger als 1% oder zwischen 1 und 2% der Reinasche. Einige Analysenbeispiele von höherem Natrongehalt betreffen Zuckerhirse (8,35%), Buchweizen (6,12%), Futterwicke (7,86%), Futterrunkelrübe (17,38%), Zuckerrübe (9,19%), Cichorium Intybus (8,40%), Gossypium (8,75%), Cocos (8,39%), Fagus silvatica (9,94%) u. a. Höherer Chlorgehalt ging nicht in allen diesen Fällen dem Natrongehalt parallel. Von typischen Halophyten ist der NaCl- Gehalt des Samennährgewebes wohl noch nicht ausreichend festgestellt worden. Kalk ist im Gegensatz zum Kali im Samennährgewebe ein nicht unerheblichen Schwankungen ausgesetzter Aschenbestandteil. Die vielen Analysen, welche sich auf die ganzen nicht entschälten Samen beziehen, geben infolge des häufig sehr hohen Kalkgehaltes der Tegumente in der Regel kein richtiges Bild vom Kalkgehalte des Nährgewebes. Noch mehr gilt dies in jenen Fällen, wo Fruchtschalen mitanalysiert wurden. So erhielt Hornberger (2) für die ganzen Früchtchen von Lithospermum officinale 59,01% der Reinasche au CaO; hier brausen die Frucht- hüllen infolge ihres hohen Gehaltes an CaCOg bei Benetzen mit Säure stark auf. Infolge ähnlicher Sachlage ergaben sich hohe CaO-Zahlen für Onobrychis (31,58%), Daucus (38,84%), Papaver (35.36 %^ Alnus (30,22-%) u. a. Der in rein isoliertem Samennährgewebe vorkommenden Kalkmenge dürfte ein Gehalt der Reinasche au CaO von 2—10% in den meisten Fällen entsprechen. Ob ein kalkreiches Substrat auf den Kalk- 1) J. ScHiCHOWSKY, Arbeit. St. Petersb. Naturf. Ges., 14, 1 (1883). 2) 11. Hornberger, Lieb. Ann., 176, 85 (1875). 376 Zweiundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel von Samen. gehalt des Samennährgewebes Einfluß nimmt, vermag ich aus den vor- liegenden Untersuchungsdaten nicht zu ersehen. Dem Werke von Wolff sei eine Tabelle bezüglich der quantitativen Schwankungen von Kali und Kalk in Prozenten der Gesamtreinasche ent- nommen, welcher ich die Größe der Schwankung, ausgedrückt in Prozenten der Maximalzahlen, beifüge. V o n.i, Schwankung. Schwankung. ""'^ ^*" von K,0 von CaO 41,1-23,2 8,2- 0,9 43,5 89,0 37,5-27,8 6,3- 1,3 25,8 79,4 32,2-11,4 5,6- 1,2 64,6 78,6 26,2-12,6 8,4- 1,3 51,9 84,5 38,1-24,3 3,8- 0,6 36,2 84,2 51,8-35,8 7,9- 1,8 30,8 77,2 51,9-37,3 13,4- 1,2 28,1 91,0 47,4-32,6 8,9- 2,9 31,2 67,1 33,7-27,5 9,9- 6,4 18,4 35,3 38,5-31,4 7,9- 4,9 18,4 38,0 29,5-21,3 17,3-10,4 27,8 40,0 Triticum vulgare Seeale cereale Hordeum vulgare Avena sativa . . Zea Mays. . . . Pisum sativum . Phaseolus vulgaris Vicia Faba . . . Lupinus luteus . Trifolium pratense Brassica Rapa . Linum usitatissimum . 36,0—27,1 9,5— 6,6 24,7 30,5 Gossypium herbaceum . 36,8—27,0 10,9— 3,0 26,6 72,5 Allerdings wäre eine nähere Feststellung dieser Verhältnisse noch an iso- lierten Nährgeweben und Embryonen erwünscht. Daß eine kalkreiche Düngung den Kalkgehalt der Samennährgewebe erhöhen kann, ist einer Reihe von Analysen zu entnehmen, die bei Wolff zusammengestellt sind. So enthielten 100 Teile Reinasche bei Winter weizen, ungedüngt 3,0 % CaO, Kalksuperphosphatdüngung 3,18 %, Knochenaschedüngung 4,04%, Winterroggen, ungedüngt 2,02—3,81%, Ätzkalkdüngung 2,19 %, phosphorsaurer Kalk 5,51 %, Hafer, ungedüngt 2,87%, Ätzkalk 4,62%, Kalkphosphat 5,48%, Lupine, ungedüngt 6,40%, Ätzkalk 6,63%, Kalkphosphat- 6,69%,; Faba, ungedüngt 2,90 %, Kalk- karbonat 3,03 %. Natürlich wird hierbei die Art der Gesamtmischung des Mineraldüngers, nicht der Kalkgehalt desselben allein eine Rolle spielen. Im allgemeinen scheint jedoch die Düngung keinen wesentlichen Einfluß auf die Mineralstoffe des Samens zu haben, wie sich aus den Erfahrungen von Soave(I) für Zea Mays und von Le Clerc und Yoder(2) für Triticum ergibt. Beim Weizen resultieren nur Schwankungen von 1,9 bis 2,3% aus dem Bodenfaktor, während der klimatische Faktor großen Einfluß hat. Beziehungen zur Art der gespeicherten organischen Reservemateralien des Nährgewebes treten auch beim Kalk nicht hervor. Der Magnesiagehalt des Nährgewebes scheint hingegen der- artige Beziehungen aufzuweisen, indem die reichlich Fett führenden Samennährgewebe durchschnittlich mehr Magnesia zu enthalten pflegen, als Stärke oder Reservecellulose speichernde Nährgewebe. Einige An- haltspunkte mag folgende Zusammenstellung liefern: 1) M. SoAVE u. C. MiLiARDi, Staz. Sper. Agr. Ital., 6o, 211 (1907). — 2) J. A. Le Clerc u. P. A. Yoder, Joum. Agr. Research Dept. Aer. Wash., /, 275 (1914). § 1. Die Verhältnisse im reifen Samen. 377 Stärkespeichernd Proz. Getreidearten 11,0 Zea Mays . 15,52 Fagopyrum 12,42 Pisum . . 7,99 Phaseolus . 7,62 Aesculus . 0,50 Castanea . 7,47 Quercus . 5,29 Durchschnitt 8,47 Fettspeichernd Proz, Brassica Rapa . 11,80 Brassita Napus . 13,43 Papa vor .... 9,49 Linuni 14,29 Gossypium . . . 16,63 Cannabis .... 5,70 Theobroma . . . 11,06 Cocos 9,44 Aleurites .... 15,13 Juglans .... 13,03 Abies pectinata . 16,77 Amygdalus . . . 17,66 12W ReservecelluloBe führend Proz. Coffea arabica 9,69 MgO Phytelephas .3,11 MgU 6.4 MgO Im Samen der Getreidearten ist nach Willstätter (l) immer mehr Mg als Ca zugegen. Die Verhältnisse im geschälten Samen und in der Samenschale berücksichtigen die Untersuchungen von Schulze und Godet(2) hinsichtlich des Kalkes, der Magnesia, KjO und Phosphor- säure, wie die nachstehenden Zahlen veranschaulichen sollen. Geschälte Samen von: in Proz. A^r. A„„i„ in Proz. der Samenschale in Proz. der Asche Trock.subst. der Asche K,0 CaO MgO P,0, Asche K,0 CaO MgO P.O. Pinus Cembra . . 29,4 6,7 9,9 42,8 2,9 44,9 12,6 11,0 3,2 Lupinus angustifol. 31,4 5,0 10,6 40,5 3,78 27,5 38,7 9,4 6,1 Cucurbita Pepo . . 18,8 1,1 19,0 55,8 3,67 35,0 8,5 7,6 6,4 Ricinus communis 4,0 19,8 31,9 3,64 23,7 43,9 4,3 0,6 Helianthus annuus 5,0 17,9 . 3,66 . . . . Corylus Avellana . 9,6 15,5 . 3,09 • Amygdalus comm. 12,8 13,4 • 2,86 • • Juglans regia . . 3,0 11,5 . 2,40 • Man darf angesichts dieser Tatsachen wohl daran denken, daß bei Fettnährgewebe Mg-Salze von Phytinsäure, vielleicht auch von Phyto- vitellinen in den Aleuronkörnern vorkommen (3). Die Samennährgewebe gehören zu den Mg-reichsten Pflanzen- organen und übertreffen an Magnesiumgehalt in der Regel die assimi- lierenden grünen Teile. Meist findet man 10— 157o MgO in der Rein- asche, auch 15—17% MgO ist nicht selten, 21,03% MgO in der Asche von Hyoscyamussamen ist jedoch schon eine abnorm hohe Zaiil. Von den in der Literatur angeführten niederen Zahlen für MgO in Samen sind die meisten dadurch bedingt, daß Tegumente und Fruchtschalen mitanalysiert wurden. Auffallend niedrig ist der MgO-Gehalt des Roß- kastaniensamens mit 0,5% angegeben. Die Schwankungen im Magnesia- gehalt sind nicht eben hohe. Daten hierübei finden sich bei Wolff 1. c. angeführt und beziehen sich auf dieselben Pflanzen wie oben. Sie sind in der Tabelle auf S. 379 bei den Schwankungen des Eisengehaltes vergleichsweise mitangeführt. 1) R. Willstätter, Ztsch. physiol. Chem., s^, 438 (190!»)- — 2) E. Schulze u. Ch. Godet, Ebenda, p. 156 (1908). — 3) Hierzu S. Posternak. Compt. rond.. 140, 323 ^905). 378 Zweiundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel von Samen. Der Eisengehalt der Samennährgewebe ist meist ganz gering und überdies sehr bedeutenden Schwankungen ausgesetzt, häufig bis unter 0,1% der Reinasche sinkend und dann innerhalb die Fehlergrenzen der analytischen Bestimmungsmethoden fallend. Im allgemeinen ist dies bei Assimilations- und Achsenorganen nicht der Fall, woselbst auch der Eisengehalt durch- schnittlich ein höherer ist. Wie die nachfolgenden Zahlen zeigen, kann ein Fe 2O 3- Gehalt der Samenasche von 2% zu den hohen Werten gerechnet werden. Proz. Proz. Proz. Triticum 1,28 FejOg Onobrychis 1,59 FcaOg Rubia 1,87 Fe^Oa Seeale 1,24 , , Ornithopus 0,52 „ Vitis 0,37 „ Hordeum 1,19 , Beta 0,46 „ Coffea 0,65 „ Ave na 1,54 , 1 n 0,37 „ Theobroma 0,03 „ Zea 0,76 , , Daucus 0,99 „ Cocos Spur ,, Panicum 1,08 , , Cichorium 0,88 „ Aleurites Spur ,, Sorghum 1,87 , , Brassica 1,97 „ Juglans 1,32 „ Fagopyrum 1,74 , ' M 1,56 „ Aesculus Spur „ Pisum 0,83 , j ,, 0,48 „ Castanea 0,14 „ Faba 0,46 , , Sinapis 0,99 Quercus 1,01 „ Phaseolus 0,32 , , Papaver 0,43 .. Alnus 2,91 „ Soja Spur , , Linum 1,12 „ Fagus 2,66 „ Lupinus 0,71 , Gossypium 1,95 „ Pinus 3,01 „ Vicia 1,27 , , Cannabis 1,00 „ Abies 1,31 „ Lathyrus 0,49 , , Carum 3,57 „ Amygdalus 0,55 „ Trifolium Coriandrum 1,18 „ Litho- prat. 1,70 , , Foeniculum 2,12 „ spermum 0,28 [] „ rep. 1,90 , Anethum 1,96 „ Hyoscyamus 2,02 ,, Das Mitanalysieren von Samenschalen und Fruchthüllen bedingt, wie das Beispiel von Lithospermum u. a. zeigt, nicht immer ein Ansteigen des Eisengehaltes. Doch ist für mehrere Fälle ein Eisengehalt der Samenschalen speziell nachgewiesen, von Johnstone (1) für Brassica Napus, von Patein (2) für Abrus precatorius u. a. m. Der hohe Gehalt alter Fruchthüllen von Trapa natans [nach Thoms (3) 67,82% Fe203] wird durch Eisenspeicherung der stark gerbsäurehaltigen Schalengewebe aus dem Wasser erklärt ; frische, Fruchtschalen enthalten nur 1,34% und frische Samen nur 1,32% FegOg also kaum mehr als viele andere Pflanzensamen. Ob die Angabe von Gaspakin (4), daß beim Weizenkorn der Eisengehalt bis 20% der Rein- asche ansteigen kann, durch Tatsachen begründet ist, müßte erst bestätigt werden. Zur Illustration der Schwankungen im Eisengehalte von Nähr- geweben möge nachstehende Zahlentabelle nach Wolff dienen. Derselben ist leicht zu entnehmen, daß die Schwankungen ganz bedeutend sind. Des- wegen erscheint es auch kaum wahrscheinlich, daß in jenen Fällen, in denen 1% und mehr FegOg in der Asche konstatiert wurde, der gesamten Eisen- menge eine wichtige Rolle in der stofflichen Zusammensetzung des Nähr- gewebskörpers zukommt. Über Bindungsart und Bedeutung des Eisens in Samennährgeweben ist wenig bekannt. 1) JoiTNSTONE, Nature, 39, 15 C1889). — 2) Patein, Journ. Pharm, et Chim (5), p, 468 (1884). — 3) G. Thoms, Landw. Vers.stat. (1898), Nr. 9; P. Neumann, Chera.-Ztg. (1899). p. 22. — 4) Gasparin, Just (1876), II, 889. § 1. Die Verhältnisse im reifen Samen. 379 Fe,0, MgO ,, Schwankungen von ^^jOg MgO P,Oj Proz. Proz. Proz. Proz. Proz. Winterweizen . . 3,0-0,1 9,1-16,3 98,92 44,17 27,0 Sommerweizen . 0,6—0,3 10,4—13,6 _ _ _ Winterroggen . . 3,4-0,2 9,4-15,4 94,11 38,96 21,76 Sommergerste . . 4,7-0,0 5,0-12,7 100,0 60,63 43,47 Hafer 9,1-0,0 4,5-10,8 100,0 58,33 55,55 Mais 2,0-0,0 12,1-18,1 100,0 33,15 29,98 Erbse 3,8-0,0 3,7-13,0 100,0 71,53 40,99 Ackerbohne. . . 1,1-0,0 5,3—9,9 100,0 46,46 39,56 Lupine 2,1-0,0 8,5-17,3 100,0 50,86 22,34 Rotklee .... 2,5-0,7 12,1-13,5 72,0 10,37 25,11 Kohlraps .... 3,3-0,6 6,6-15,6 81,81 57,69 25,05 Lein 2,0-0,4 10,0-18,1 80,0 44,75 19,46 Baumwolle . . . 2,7-0,0 10,6-20,0 100,0 47,00 28,49 Der hohe Gehalt an Phosphorsäiire ist für die Asche von Samennährgeweben ebenso charakteristisch wie der hohe Kaligehalt. Gar nicht selten beträgt die Hälfte der Gesamtreinasche Phosphorsäure, und auf 25°/o geht der PgOs-Gehalt der Saraenasche selten hinunter. Dort, wo phosphorsäurearme Samentegumente oder Fruchthüllen mitanalysiert wurden, sind natürlich die Zahlen entsprechend niedriger; so aufzufassen sind die Analysenergebnisse für Beta (15,5— 16,6°/o P2O5). Daucus (15,76°/o), Rubia(8,23%), Lithospermum(2,177o) "-a. Die Schwankungen im Phosphor- säuregehalt bei einer bestimmten Samenart sind relativ nicht bedeutend, wie aus der obenstehenden Tabelle zu ersehen ist. Die Samennähr- gewebe enthalten demnach ebensoviel Gesamtphosphorsäure wie embryonale Gewebe, und übertreffen alle ausgewachsenen Pflanzenorgane an P2O5- Gehalt. Die Art der gespeicherten organischen Reservematerialien: Fett, Stärke, spielt anscheinend bezüglich der Quantität der Gesamt-PjOj keine Rolle, und. der Phosphorsäuregehalt von Stärke- und Fettnährgeweben ist gleich hoch. Auch mit dem Eiweißgehalte ergibt sich keine quantitative Beziehung des Gehaltes an Phosphorsäure; die proteinarmen Gramineen- endosperme enthalten ungefähr ebensoviel Gesamt-PO^ wie die eiweiß- reichen Samennährgewebe von Lupinus, Phaseolus, Gossypium und Amyg- dalus. Doch meint Parrozzani(I) für Mais eine Konstanz des Ver- hältnisses zwischen dem Stickstoffgehalt und dem Gehalt an organischem Phosphor annehmen zu müssen. Mittels Magnesiamischung kann man in allen Nährgeweben sehr geringe Mengen von Phosphorsäure (P04'-Ionen) nachweisen (2). Schulze und Castoro(3) vermochten citratlösliche PO4 mit Magnesiamixtur bei einer Reihe von Samennährgeweben gar nicht auszufällen, bei Cembra- Samen in sehr unbedeutender Menge. Auch die Reiskleie ergibt nach Boorsma(4) erhebliche Mengen von organisch gel)undener Phosphorsäure, welche beim Erhitzen ausfällt und sich beim Erkalten oder beim Zusatz von Essigsäure wieder löst. Nach Ulrich (5) enthalten Weizenkleie und 1) A. Pabkozzani, Staz. Sper. Agr. Ital., 42, 890; Rend. Soc. Chim. Ital. (2), /, Heft 14 (1909); Ann. Staz. Sper. Agr. Roma, j, 83 (1910). - 2) Schimper, Flora (1890), p. 207; L. Iwanoff, Jahrb. wiss. Botan., 36, 361 (1901). - 3) E. Schulze u. N. Castoro, Ztsch. physiol. Chem., 41, -479 (1904). — 4) P. A. Boorsma, Van Bemmelen-Festschrift (1910), p. 210. — 5) H. Ulrich, Arch. exp. Pathol., 68, 171 (1912); Phosphate des Weizenkoms: BARBiERr. Compt. rend., 159, 431. Datura: Kunz-Krause, Arch. Pharm., 254, 510 (1916). 380 Zweiundfünfzigstes Kapitel: Der Mineral Stoffwechsel von Samen. Hafer 0,034—0,039, bzw. 0,032— 0,039 % alkohollöslichen Phosphor und 1,043 bzw. 1,028% wasserlöslichen Phosphor. Vom organisch gebundenen Phosphor sind die wichtigsten Formen: Glycerophosphor- säure, wichtig als Baustein der Phosphatide (in Äther lösliche PO4); Nucleinphosphorsäure, welche man durch die PO^-Bestimmung im un- verdaulichen EiweiJ3anteil des Nährgewebes beurteilen kann; Phytin. Hinsichtlich des von Cavazzani (1) angegebenen Nucleons sind noch weitere Untersuchungen nötig. Nach Lewoniewska (2) schwankt der Lecithin-P nur wenig, hingegen die anorganische PO4 und Phytin-P04 stark, bis zum dreifachen Betrage des Minimums, je nach der Ernährung. Halasz(3) fand bei Pisum in der Regel ein strenges Verhältnis der Gesamt-POi zur Lecithin-PO^ (Quotient 6—7). Das Phytin oder Inositphosphorsäure, dessen Chemie an anderer Stelle abgehandelt wird (4), ist nach Contardi(5) durch Extraktion mit 0,2— 0,3% HCl aus Reishüllen in einer Ausbeute von 5% des Rohmaterials zu gewinnen. Reiskleie mit Wasser angerührt spaltet infolge der Gegenwart von Phytase aus Phytin anorganische Phosphor- säure ab. Suzuki und Yoshimura(6) haben das Phytin spaltende Enzym isoliert. Reiskleie enthält nach diesen Autoren 8% Phytin oder 85% des Gesamt-P als Phytin-P; Weizenkleie liefert 2 7o Phytin, bei Ricinus, Brassica, Hordeum, Panicum ist 41—45% des Gesamt-P Phytin-P, bei Sesamum 16%, Apfel und Birne 46—48 7o- Mit dem Phytin aus Weizenkleie haben sich noch Mendel und Underhill, Anderson und Robinson befaßt (7). Im Tierkörper wird aus Nahrungs- Phytin an- organische PO4 abgespalten und vermehrt ausgeschieden (8). Phosphorreiche Düngung vermag wohl den Phosphorsäuregehalt des Samennährgewebes etwas zu vermehren, jedoch sind die Differenzen in den bei Wolff zusammengestellten Analysen ohne und mit starker Phosphorsäurezufuhr nur gering. Die Verhältnisse des Schwefelgehaltes der Samennährgewebe sind noch mangelhaft bekannt, und selbst die gewöhnlich benützte Methode der Bestimmung des Gesamtschwefels als Schwefelsäure in der Reinasche ist in vielen Fällen von größeren Verlusten nicht frei. Meist wurde 1—1,5% Schwefeltrioxyd für die Reinasche angegeben, doch sind die Schwankungen, wie die Zusammenstellungen bei Wolff zeigen, sehr beträchtlich, und daß, wie dort ausgeführt ist, der Schwefelgehalt der Samenasche öfters bis Null sinkt, ist eine Tatsache, welche die Mangelhaftigkeit der Methoden illustriert. Bei Cruciferensamen ist der Schwefelgehalt infolge des Gehaltes an Senföl- glucosiden ein höherer: bis 7,16%; hier handelt es sich um reichliche Anwesen- heit von gepaarter Schwefelsäure. In anderen Fällen sind es Rhodanate und andere Schwefel Verbindungen, welche den S- Gehalt des Nährgewebes erhöhen. Der größte Teil des in Nährgeweben vorgefundenen Schwefels 1) E. Cavazzani, Zentr. Physiol., 18, 666, 675 (1904); Cavazzani u. Mani- CARDI, Biochem. Zentr., 3, Ref. Nr. 1500 (1905). — 2) S. Lewoniewska, Anzeig. Akad. Krakau (1911), B 85. — 3) Halasz, Biochem. Ztsch., 87, 104 (1918). — 4) A. R. Rose, Biochem. Bull., 2, 21 (1912); C. Neuberg, Biochem. Ztsch., 9, 557 (1908); 16, 406 (1909); E. Winterstein, Ztsch. physiol. Chera., 58, 118 (1908); P. A. Levene, Biochem. Ztsch., 16, 399 (1909). — 5) A. Contardi, Atti Acc. Line. (5), 18, I, 64 (1909). — 6) U. Suzuki, Yoshimüra u. Takaishi, Bull. Coli. Agr. Morioka Japan, /, Nr. 2 (1906). — 7) L. B. Mendel u. F. P. Underhill, Amer. Journ. Physiol., /;, 75 (1906); R. J. Anderson, Journ. Biol. Chem., 12, 447 '1912); 34, 509i (1918). Robinson u. Mueller, Biochem. Bull., 4, 100 (1915); Rather, Journ. Amer. Chem. Soc, 40, 523 (1918). — 8) 0. Horner, Biochem. Ztsch., 2, 428 (1907). § 1. Die Verhältnisse im reifen Samen. 381 dürfte wohl den Eiweißsubstanzen angehören, womit die Erfahrung über- einstimmt, daß proteinarme Samen weniger Schwefel als proteinreiche Nähr- gewebe zu enthalten pflegen. So ist naih den bei Wolff angeführten Aschen- analysen der Schwefelgehalt (als SO3 berechnet) bei: a) proteinarm b) proteinreich Winterweizen . . 0,39 % Pisum 3,42 % Sommerweizen . . 1,32 % Faba 3,39 % Winterroggen . . 1,28 % Lupinus .... 8,57 % Sommergerste . . 1,80 % Linum 2,34 % Hafer 1,78 % Gossypium . . .2,16 % Mais 0,78 % Vitis 3,48 % Buchweizen . . . 2,11 % Helianthus . . . 2,34 % Aesculus .... 1,42 % Cocos 5,09 % Doch erleidet diese Regel zahlreiche Ausnahmen: Amygdalus, trotz Proteinreichtum 0,37% SO3, Papaver 1,92% usw. Ob dies auf Nicht- abtrennung der Samenhüllen, Embryonen usw. beruht, oder auf methodischen Mängeln, läßt sich nicht sagen. Es ließen sich übrigens, wie Gola(1) für verschiedene embryonale Gewebe gezeigt hat, auch mikrochemische Reaktionen zur Untersuchung schwefelhaltiger Verbindungen in Nähr- geweben verwenden. Von derartigen Reaktionen kommen in Betracht die Nitroprussidnatrium-KOH- Probe, Erwärmen mit alkalischer Bleilösung, eventuell auch die Reaktionen mit GUSO4 und KOH (Suter) und die Eisen- chloridprobe {Baumanns Reaktion auf cysteinartige Schwefelverbindungen.) Nach Peckolt(2) sind 22,46% der Asche der Samen von Hiero- nyma alchorneoides Fr. All., einer brasilianischen Euphorbiacee, Kalium- sulfat. Kieselsäure ist ein regelmäßiger Befund in der Asche von Nähr- geweben, auch nach vollständiger Beseitigung kieselsäurereicher Samen- bestandteile; die vorhandenen Analysen geben allerdings infolge der Bei- mengung der letzteren höhere SiOz-Werte an. Für dünnschalige Samen oder entschälte Objekte seien nachstehende Werte für den SiO-j- Gehalt der Nährgewebsasche angeführt (nach Wolff, 1. c. Bd. II, p. 123). Avena . . . 1,16% Papaver . . 1,24% Theobroma . 1,51% Fagopyrum . 0,23% Gossypium . 0,31% Cocos . . . 0,50% Pisum . . . 0,91% Vitis .... 1,04% Juglans . . . Spur Lupinus. . . 0,33% Coffea . . . 0,54% Aesculus . . 0,18% Castanea . . 1,54% Quercus . . . 1,07% Fagus . . . 1,87% Nach Decrock(3) sind bei Ravenala madagascariensis und guia- nensis in der inneren Steinschicht der Samenschale 10 % SiOj enthalten. Die Schwankungen im Kieselsäuregehalte gehen herab bis zu \,nbe- stimmbaren Spuren. Über die Bindungsart der Kieselsäure und über die biochemische Bedeutung ihres regelmäßigen Vorkommens ist nichts bekannt. Der Chlorgehalt der Asche von Samennährgeweben übersteigt selten 2% der Reinasche; er beträgt mit großen Schwankungen bis zum Nullwert der gewöhnlichen Analysen meist 0,5-1,5%. Häufig, jedoch nicht immer, 1) G GOLA, Malpighia, 16 (1902); Biochem. Zentr. (1903), Ref. Nr. 1413. — 2) Th. Peckolt, Ber. pharm. Ges., /5, 183 (1905). - 3) E. Decrock. Compt. rend.. 1S2, 1406 (1911). 382 Zweiundfünfzigates Kapitel: Der Mineralstoffwechsel von Samen. ist mit höherem Chlorgehalt ein höherer Natrongehalt der Asche gefunden worden, wie aus den nachfolgenden Zahlenwerten ersehen werden mag. Cl Na,0 Cl Na,0 Proz. Proz. Proz. Proz Winterweizen . . . 0,32 2,7 Pisum sativum .... 1,59 0,98 Winterroggen . . . 0.48 1,47 Phaseolus vulgaris . . 1,78 1,06 Sommergerste . . . 1,02 2,39 Glycine hispida . . . . 0,27 0,98 Hafer 0,26 Spur Lupinus luteus .... 0,77 0,91 Zea Mays 0,91 1,10 Vicia sativa 2,71 7,86 Panicum miliac. . . 0,49 1,30 Lathyrus sativus . . . 1,52 1,34 Sorghum saccharatum 0,07 8,35 Trifolium pratense . . 1,23 0,95 Fagopyrum esculentum 1,30 6,12 „ repens . . . 1,50 0,50 Beta vulgaris . . . 10,79 15,58 Onobrychis sativa . . 1,21 2,74 „ Zuckerrübe . . 4,14 9,19 Ornithopus sativus . . 5,98 7,73 Daucus Carota . , . 3,75 4,72 Carum Carvi 3,10 6,54 Cichorium Intybus . 0,91 8,40 Coriandrum sativum . . 2,51 1,28 Brassica Rapa . . . Spur 1,24 Foeniculum officinale . 3,41 2,38 „ Napus . . 0,16 1,23 Anethum graveolens . . 4,88 2,11 Sinapis alba .... 0,53 5,34 Rubia tinctorum . . . 6,19 6,00 Papaver 4,58 1,03 Vitis vinifera 0,27 2,12 Linum 0,16 2,07 Coffea arabica .... 0,91 1,64 Gossypium .... . 1,62 8,75 Theobroma 0,85 2,26 Cannabis 0,08 0,78 Cocos nucifera . . . . 13,42 8,39 Juglans regia . . . . Spur 2,25 AesculusHippocastanum 6,30 Spur Castanea vesca . . . 0,52 7,12 Pinus silvestris . . . . Spur 1,26 Quercus 1,76 0,63 Abies pectinata .... 0,35 7,06 Fagus silvatica . . . 0,52 9,94 Amygdalus Spur 0,23 Hyoscyamus .... . 0,32 5,69 Helianthus annuus . . 2,42 7,41 Erwünscht wäre es, typische Halophyten in größerer Zahl auf Chlor- gehalt des Samen nährgewebes zu prüfen. In dieser Hinsicht ist von Interesse der hohe Chlorgehalt im Endosperm der Seestrand bewohnenden Cocos- palme. In den Versuchen von Aschoff (1 ) war in aen Samen von Phaseolus multiflorus und vulgaris vom Gesamtchlor in Prozenten enthalten: Phaseol. multiflorus Phaseol. vulg. In den Cotyledonen ohne Testa . . . 44,36 % 26,17 % Im Rumpf der Keimlinge 4,92 % 10,54 % Im Anquellwasser 31,83 % 5,49 % In der Testa 18,89 % 58,22 % Phaseolus multiflorus enthielt 0,7 g Cl auf 50 g Asche und 752 g Samen- trockensubstanz, Ph. vulgaris 0,9 g Cl auf 20 g Asche und 408 g Samen- trockensubstanz, Zea Mays 0,8 g Chlor auf 35 g Asche und 289 g Samen- trockensubstanz. Da auch sonst die Physiologie des Chlors weit davon ent- fernt ist, abgeschlossen zu sein, so 1 ßt sich auch bezüglich der Bedeutung des Chlorgehaltes der Samennährgewebe kaum etwas Sicheres sagen. Die derzeit meist verbreitete Ansicht, daß eine wesentliche Bedeutung des Chlors 1) C. AsCHOFF, Landw. Jahrb., ig, 113 (1890). Balland, Journ, pharm, et chim., 1$, 105 (1917), fand in Cerealien u. Hülsenfrüchten meist weniger als 0,06 "/o Cl. § 2. Das Verhalten der Aschenstoffe während der Samenreife. 383 im Stoffwechsel nicht anzunehmen sei, möchte ich nicht ohne gewisse Vor- behalte hinnehmen. Von sonstigen Aschenbestandteilen der Samennährgewebe sind Ton- erde und Mangan in kleinen Quantitäten als sehr verbreitete Befunde zu erwähnen. Yoshida (1) wies Tonerde in einer Reihe von Objekten quantitativ nach. Er fand bei: Asche in Prozenten darin in Prozenten der der Trockensubstanz Asche an Al^O, Glycine hispida, ganze Samen . 0,053 % Cotyledonen . 4,22% 0,00 % Samenschale . 4,31 % 0,268 % Phaseolus radiatus 2,60 7o 0,096% Oryza sativa 0,56 % 0,189 % „ 0,87% 0,161% Triticum sativum 2,62 % 0,106 % Hordeum vulgare 1,09% 0,140% Panicum italicum 1,68% 0,272% Grus corvi 0,94% 0,185% RicCiARDi (2) fand in der Asche der Samen von Ficus carica 0,062% Aluminium, bei Lupinus albus 0,042%, bei Amygdalus communis 0,138% Heidepriem (3) wies auch im Zuckerrübensamen Tonerde nach neben Mangan Mangangehalt der Nährgewebsasche dürfte wohl in einer überaus großen Zahl von Fällen vorkommen, wie aus den sehr zahlreichen hierüber in der Literatur vorliegenden Angaben bereits zu ersehen ist. Bei Strychnos Ignatii Berg, ist die Asche des Samens nach Flückiger (4) ebenso wie die Asche von Holz und Fruchtschale dieser Pflanze des Mangangehaltes wegen bräunlich gefärbt. Spuren von Kupfer sind, wie sonst in Organismen ungemein ver- breitet, auch für Samennährgewebe in einer Reihe von Fällen nachgewiesen. Für verschiedene Sorten von Theobroma Cacao-Samen fand Duclaux (5) im Nährgewebe 0,0021-0,0040% Cu, in den Schalen aber 0,0035-0,0250%, also bedeutend mehr als im ersteren. Spuren von Blei wies Vogtherr (6) in dem Pericarp wie in den Samen der Randia dumetorum Lam. nach; für den Bleigehalt der Samen wird 0,02 %Q angegeben. Das Verhalten der Aschenstoffe während der Samenreife. Untersuchungen über diesen Gegenstand liegen erst in geringer Zahl vor. Arendt (7) verfolgte die Verhältnisse der Mineralstoffe während der Reifung der Haferkörner, desgleichen J. F. Norton (8); Portele(9) machte Angaben über den Aschengehalt des reifenden Maiskornes, Amthor(10) untersuchte die reifenden Samen von Vitis vinifera; endlich 1) H. Yoshida, Just (1890), I, 50. — 2) L. Ricciardi, Gazz. chim. ital., /y, 150 (1890). — 3) Heidepriem, Landw. Vers.ßtat., p, 249. - 4) Fi.ückiüer, Arch. Pharm. (1889), p. 145. Mangangehalt von Samenschalen: Mc Harüte, Journ. Amer. Chem. Soc, 36, 2532 (1914). - 5) Duclaux, Bull. Soc. Chim. (1872), p. 33. - 6) Vogtherr, Arch. Pharm. (1894), p. 489. — 7) R. Arendt, Landw. Vers^stat., /, 50 (1860). — 8) J. P. Norton, zit. bei Wolff, Aschenanalysen, 1, 27. — 9) K. Portele, Landw. Vers.stat., 32, 241 (1885). - 10) C. Amthor, Ztsch. physiol. Chem., 6, 227 (1882). 384 Zweiundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel von Samen. sind Angaben über das relative Verhalten der Mineralstoffe von unreifen und reifen Samen von Phaseolus und Aesculus vorhanden (1). Der Gehalt an Reinasche nimmt während der Samenreife prozentual konstant ab, wie aus allen vorhandenen Angaben zu ersehen ist. So fand Portele im Maisfruchtknoten unmittelbar nach der Blüte 5,45 Vo der Trockensubstanz an Aschenstoffen, in einem späteren Stadium, als die Körner nicht mehr leicht zerdrückbar waren, 4,82 %» als die Körner hart und gelb wurden, 2,81%, zur Zeit des Entfahnens (11. Sep- tember) 1,95%, am 3. Oktober 1,44%, in den am 11. Oktober zur Zeit der allgemeinen Ernte eingesammelten Proben 1,75 7o Aschengehalt. Bei den Ährchen von Avena sativa fand Arendt am 30. Juni 3,89 7o Asche, am 10. Juli 3,67%, am 21. Juli 2,82%, am 31. Juli 2,68% Aschen- gehalt. Norton fand am 2. Juli 4,91 %, am 9. Juli 4,36%, am 16. Juli 3,38 7o Asche. Mittelzahlen für grüne Samen von Phaseolus vulgaris und raultiflorus ergaben 4,65% resp. 7,92% Aschengehalt, für reife Samen 3,22%. Unreife haselnußgroße Früchte von Aesculus enthielten 3,70%, der Mehlkern reifer Früchte 1,96% Asche. Nur in den Angaben von Amthor für Vitissamen tritt dieses Verhältnis nicht zutage, indem sich der Aschengehalt getrockneter Samen am 10. August bei beginnender Reife und Weichwerden der Beeren auf 3,04%, am 22. August bei fast vollendeter Fruchtreife auf 3,14 %, am 4. September bei gänzlicher Frucht- reife auf 3,29 % stellte. Das Abnehmen des Aschengehaltes der reifenden Samen ist dahin aufzufassen, daß die organischen Reservestoffe viel rascher an Menge zunehmen als die Mineral Stoffe. Absolute Zahlan für den Mineralstoffgehalt während der einzelnen Stadien der Samenreife, wie sie Arendt für die Ährchen von 1000 Haferpflanzeu gibt, zeigen das Anwachsen in den aufeinanderfolgenden Stadien deutlich: 15,664 g; 25,700 g; 31,859 g; 34,291 g. Zuletzt hat Schjerning (2) an reifender Gerste den Gang des Gehaltes o.n Gesamtasche verfolgt, wie die nachfolgende Zusammenstellung an drei Versuchen zeigt. n<.+„™ Gewicht von 10000 Datum Körnern in Gramm 1. 24. Juli Grünreife . . . 62,20 55,94 62,17 2.30. „ Ende d. Grünreife 72,76 74,61 3. 5. Aug. Gelbreife . . 75,17 87,53 92,20 Darin Proz. Trockensubstanz 35,44 30,93 30,11 46,00 36,65 • 56,81 43.11 51,34 58,75 50,99 • 72,97 59,96 66,78 82,12 67,30 70,59 Datum 4. 8. „ Ende d. Gelbreife 75,90 89,56 • 5.13. „Vollreife. . .61,43 83,02 69,9 6. 19. „ Überreife . . . 48,22 71,76 58,04 Trockensubstanz in 10000 Kömern 1.24. Juli Grünreife. . .220,4 173,0 187,2 2-30. „ Ende d. Grünreife 334,7 273,5 3. 5. Aug. Gelbreife . . 427,0 377,3 473,4 4. 8. „ Ende d. Gelbreife 445,9 456,7 5. 13. „ Vollreife . . . 448,2 497,8 466,8 6. 19. „ Überreife . . . 396,0 483,0 409,7 Asche in Gramm in 200 Kömern 0,1403 0,1225 0,1310 0,2074 0,1765 0,2504 0,2260 0,2468 0,2507 0,2435 0,2638 0,2455 0,2540 0,2283 0,2566 0,2247 Asche in 10000 Körnern in Gramm 7,0 6,13 6,55 10.4 8,83 12.5 11,30 12,34 12,5 12,18 • 13,2 12,28 11,4 12,83 12,70 11.24 Die Analysen zeigen in der Änderung des prozentischen Mischungs- verhältnisses der einzelnen Bestandteile der Reinasche deutlich, daß die Aufnahme der Mineralstoffe in das in Ausbildung begriffene Nährgewebe mit ungleicher Intensität vor sich geht. So fand Arendt die Asche der 1) Wulff, 1. c, /, 117; G. Akdre, Compt. rend. 2) H. Schjerning, Compt. rend. Carlsberg, 6, Heft 4 (1906). /jp, 805 (1904). § 2. Das VerLalten der Asohenstoffe wfthrend der Samenreife. 38f folgendermaßen zusammengesetzt Datum Kali ivähren d der untersucht en Reifungsstadion Natron Kalk Mag- nesia Eisen Phos- phor- säure Schwe- fel- säure Chlor 1,26 1,50 0,60 0,15 8,96 8,76 8,69 7,35 5,72 6,01 7,25 8,96 0,46 0,14 15,20 20,85 33,50 36,50 2,90 1,51 4,96 4,82 3,79 5,00 3,84 5,50 4,29 0,32 3,44 4,52 2,94 2,70 5,40 6,76 0,39 0,21 0,35 14,02 20,09 15,19 10,35 12,78 16,42 6,29 4,29 0,37 19,88 3,52 1,49 7,75 25,34 6,38 6,33 2,55 7,62 2,78 0,32 17,06 9,45 35,52 3,96 4,55 4,05 1,70 4,04 0,86 • 9,93 11,73 2,24 0,41 20,83 22,03 3,66 1,17 4,77 10,59 30. Juni 33,68 10. Juli 22,56 21. „ 17,14 31. „ 13,03 Desgleichen Norton: 2. JuU 32,92 9. „ 31,31 16. „ 31,37 Für Phaseolus: Grüne Gemüsebohnen 36,83 Grüne Schminkbohnen 48,67 Reife Gartenbohnen . 44,01 Für Aesculus: Unreif 58,77 Reif 56,28 Das hervorstechendste Moment in allen diesen Angaben ist die starke Zunahme des Gehaltes von Phosphorsäure, die auch in den Untersuchungen von Amthor an Vitis hervortritt, obwohl hier nur vorgerückte Reifestadien zur Analyse kamen; in den obengenannten drei Stadien stieg der Gehalt an P2O5 von 0,892 auf 0,910 und 0,93 % der getrockneten Samen und das Verhältnis des Gehaltes an Phosphorsäure zum Aschengehalte von 1 : 3,4 auf 1 : 3,44 und 1 : 3,54. Es wird demnach in den späteren Reifungsstadien reichlich Phosphor- säure von außen in das Nährgewebe aufgenommen, was sich auch in den von Arendt für die Ährchen von 1000 Haferpflanzen in den untersuchten vier Reifungsperioden gegebenen absoluten Zahlen ausdrückt. Datum Kali Natron Kalk Mag- nesia Eisen Phos- phor- Säure Schwe- fel- Säure Kiesel- säure Chlor 30. Juni 5,271 g 0,197 1,402 0,895 0,073 2,362 0,447 4,433 0,754 10. JuU 5,803,, 0,385 2,254 1,550 0,035 5,362 Spur 9,352 1,232 21. „ 5,459,, 0,190 2,769 2,309 Spur 10,672 0,482 9,753 1,592 31. „ 4,467 „ 0,005 2,522 2,992 Spur 12,518 1,448 8,934 1,318 Nur der Magnesiagehalt zeigt ebenfalls ein kontinuierliches Ansteigen in stärkerem Maße als die übrigen Aschenstoffe. Der Kaligehalt scheint sein relatives Maximum schon in früheren Reifungsstadien zu erreichen und ändert sich in der Folge nur wenig oder zeigt selbst eine relative Abnahme in seinem Anteil an der Zusammensetzung der Nährgewebsasche. Der Gehalt an Kalk ändert sich in ähnlichen Verhältnissen; die übrigen Aschenbestandteile scheinen während der Samenreife nur in unerheblichem Maße aufgenommen zu werden. Für die Phosphorsäure konnte Zaleski(I) zahlenmäßig die Neubd- dung von Eiweiß-P auf Kosten des anorganischen P während der Samen- 1) W. Zaleski, Ber. botan. Ges., 25, 58 (1907). Czapek, Biochemie der Pflanzen. 2. Aufl., 11. Bd. 25 386 Zweiundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel von Samen, reifung verfolgen. Im Verlaufe des Prozesses verschwanden 17,3% der an- organischen PO4 und die P-haltigen Eiweißstoffe nahmen um 18,1% zu. Ob die Vermutung des genannten Forschers zutrifft, daß bei diesem Vor- gange synthetische Wirkungen proteolytischer Enzyme im Spiele sind, müßte weiter geprüft werden. IWanoff (1) hatte schon früher durch mikrochemische Methoden ermittelt, daß während des Heranwachsens der Cotylcdonen von Amyg- dalus, Prunus, Pisum anfangs reichlich anorganische PO4 im Samen nach- weisbar ist, welche sodann in organische gebundene PO4 übergeführt wird. Die intensive Aufnahme von Mg und PO4 während der ganzen Samenreife kann auch mit der Synthese von Phytin zusammenhängen. Im übrigen bedürfen aber diese experimentellen Studien noch einer umfassenden Neu- bearbeitung, um so mehr als die Löslichkeits- und Bindungsverhältnisse der einzelnen Aschenstoffe während der Entwicklung des Samens zum größten Teile unbekannt sind. §3. Die Resorption der Aschenstoffe aus dem Nährgewebe bei der Samenkeimung. Seit den grundlegenden Experimentaluntersuchungen von Wieg- mann und PoLSTORFF (1842) ist es eine der wichtigsten Tatsachen der Pfhnzenphysiologie, daß die Summe der Aschenstoffe im keimenden Samen der im reifenden Samen vorhanden gewesenen Minei-alstoffmenge genau gleichbleibt, sobald man durch Kultur in einem Medium, welches Aufnahme von fremden Aschenstoffen durch den Keimling absolut aus- schließt, eine Vermehrung des Aschenstoffgehaltes der Keimlinge von außen her unmöglicli macht. Es werden demnach keinerlei Verbindungen, welche flüchtig wären und in Gas- oder Dampfform an die Luft ab- gegeben würden, aus den vorhandenen Mineralstoffverbindungen im Keimungsstoffwechsel erzeugt: weder Schwefelwasserstoff noch flüchtige Phosphorverbindungen usw. Es handelt sich vielmehr bei der Keimung nur um eine Bewegung der im Nährgewebe vorhanden gewesenen Mineralstoffe nach den wachsenden Teilen von Keimstengel und Keim- wurzel. Diese Vorgänge sind aber noch nicht hinreichend genug er- forscht, als daß wir ein befriedigendes Bild von ihnen entwerfen könnten. Die voihandenen experimentellen Arbeiten beschränken sich meist darauf, bei Keimlingen in aschenstofffreiem Medium den Gehalt der Reservestoff- behälter an Gesamtasche und deren prozentische Zusammensetzung mit den Mineralstoff Vorräten der wachsenden jungen Pflanze zu vergleichen. In welcher Form die Aschenstoffe translociert werden, ist meist nicht sichergestellt. Auch sind wir über die Natur der Lösungsvorgänge im Nährgewebe selbst nicht unterrichtet. Daß bestimmte Stoffwecliselvoi-gänge dahin wirken, dem Keimling die nötige Mineralstoffnahrung ebenso wie die gespeicherten organischen Reservestoffe leicht und in passender Form zugänglich zu machen, ist kaum zu bezweifeln. Endlich ist zu beachten, daß das Nährgewebe selbst als lebendes Organ anzusehen ist, welches mit dem Keimling in Stoffwechselkorrelationen tritt und in seiner Tätig- keit in jeder Hinsicht von dem Wachstum und dem Stoff bedarf des Keim- 1) L. Iwanoff, Jahrb. wiss. Botan., jtf, 377, (1901). § 3. Die Resorption der Aschensfoffe aus dem Niiliri^ewelte lioi der Samenkommn?. ;^S7 lings abhängt. Es ist nicht ausgeschlossen, daß man aus isoherten Nähr- geweben in ähnlicher Weise, wie es Hansteen und Puriewitsch (1) bezüglich der Kohlenhydrate erfuhren, durch künstliche Ableitung auch eine partielle oder totale Entleerung bestimmter Mineralstoffe erzielen kann; Versuche in dieser Richtung sind aber nicht angestellt. In der Natur kommen manche biologisch wichtige Momente hinzu. Da das Würzelchen des Keimlings sehr bald seine Funktion antritt, Aschenstoffe aus dem äußeren Substrate aufzunehmen, beginnt ein Wett- streit dieser Art von Mineralstoffgewinnung mit der Resori)tion von Mineralstoffen aus dem Nährgewebe. Die Kombinationen, die hierdurch entstehen müssen, sind bisher noch nicht untersucht. Auch kommen wohl die in der Testa resp. Fruchtschale von Schließfrüchten enthaltenen Aschenstoffe physiologisch nicht außer Betracht. Es scheint nicht, als ob besondere Einrichtungen beständen, dieselben zugunsten des Keim- lings zu benützen; zahlreiche Erfahrungen zeigen, daß beim Einquellen der Samen ein großer Teil dieser Aschenstoffe in die Umgebung der Keimpflanze im Substrate diffundiert, und diese Stoffe können mit Beginn der Aschenstoffresorption durch das Würzelchen als Nahrung ausgenutzt werden. Nach Dezani und Barocelli (2) gehen in den ersten 48 Stunden etwa 31/4 7o tler gesamten Mineralstoffe aus dem Samen in das Quellungs- wasser über. Unter den ersten Experimentaluntersuchungen über die Aschen- resorption aus dem rs'ährgewebe von Samen befanden sich die Analysen von Beyer (3) von keimendem Lupinus luteus. In 1000 Stück getrockneter Samen in ungekeimtem Znstande waren 3,384 g Gesamtaschenstoffe vor- handen. Als die Würzelchen 1—1, .5 Zoll lang waren, die Cotyledonen aber noch nicht vortraten, enthielten bei 1000 Stück getrockneter Keimlinge die Cotyledonen 3,025 g, das Hypocotyl 0,323 g, die Würzelchen 0,150 g Gesamtasche. In einem weiteren Stadium, als die Cotyledonen ergrünt waren, war in 1000 Keimlingen die Verteilung 2,876 g Aschenstoff(^ in den Cotyledonen, 0,44 g in den Hypocotylen, 0,317 g in den Würzelehen. Viel eingehender waren die Studien von Schröder (4) an Phaseolus multiflorus. Lufttrockene Samen des untersuchten Materials enthiellen auf je 1000 g folgende Mineralstoffmengen in Grammen: KO Na,0 P,0, MgO CaO Fe.,0, (iesamtasc In Cotyledonen. 17,90 1,32 9,59 2,49 0,51 0,05 31, S6 Embryo . . . 0,07 0,01 0,11 0,02 0,01 0,00 0.22 Summe: 17,97 1,33 9,70 2,51 0,52 0,05 32,08 Als die Keimlinge ihre Primordialblätter ausgebildet hatten, und 2—3 Internodien mit Laubblättern besaßen, wurden neuerdings Analysen dargestellt und die gefundenen Aschenstoff mengen waren, auf je lüOO g lufttrockenen Materials der einzelnen analysierten Organe bezogen, folgende: K,0 Na,0 P,0, MgO CaO Fe,0, öe»amt- In den Cotyledonen . . . 7,03 0,50 2,36 0,99 0,48 0,04 11,40 In den Keimlingen .... 10,53 0,91 6,63 1,55 0,23 0,07 19,92 Summe: 17,56 1,41 8,99 2,54 0,71 0,11 :{1,;!2 1) Hansteen, Flora 1894), Erg.bd,, p. 419; PuRiEwrrsrn, Jahrb. wiss. Boun., 31, 1 (1898). — 2) Dezani u. Barocelu, Atti Accad. Sei. Torino, 50, 169 (191.'i) — 3) A. Beyer, Landw. Vere.stat., 9, 168. — 4) Schküdkr, Ebendis w, VXi. 25* 388 Zweiundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel von Samen. Im Keim- ling ent- fielen auf Wurzel + Hypo- cotyl. . . . 1. Internodium Primordialblatt- stiele . . . Primordialblätt. 2. u. 3. Internod. u. Blätter . K,0 Na,0 P,0, MgO CaO Fe,0, «S*' 2,60 0,31 1,74 0,24 0,10 0,03 5,02 2,45 0,20 1,20 0,23 0,05 0,01 4,14 1,37 0,09 0,43 0,11 0,02 0,00 3,02 1,56 0,24 1,34 0,47 0,03 0,02 3,66 2,55 0,07 1,92 0,50 0,03 0,01 5,08 Man ersieht aus diesen Zahlen ohne weiteres, daß die einzelnen Aschen- stoffe der Cotyledonen von dem Keimling ungleich stark in Anspruch ge- nommen worden sind. Noch deuthcher wird das Verhältnis, wenn man diese ScHRÖDERschen Zahlen in Prozenten der Gesamtasche ausdrückt. Von den einzelnen Aschenstoffen entfallen in Prozenten: Ungekeimte Samen Keimpflanzen Keimlinge Cotyledonen Keimlinge Cotyledonen KaO 0,3896 99,611 59,96 40,04 Na^O 0,7590 99,247 64,54 35,46 P2O, 1,1340 98,866 73,75 26,25 MgO 0,7960 99,204 61,02 38,98 CaO 1,9230 98,077 32,40 67,60 Fe^Oa - 100,0 63,64 36,36 Setzt man die in den Cotyledonen enthaltene Menge jedes einzelnen Aschenstoffes gleich 100, so beträgt die im Keimling enthaltene Quanität jedes Aschenstoffes: K,0 Na,0 V,0, MgO CaO Fe^Oj bei ungekeimten Samen 0,390 0,765 1,15 0,802 1,96 0,0 in Keimpflanzen . . . 146,34 182,01 280,95 156,54 47,92 175,03 Wenn man die Zahlen der zweiten Kolonne durch die entsprechenden Zahlen der ersten dividiert, so geben die erhaltenen Quotienten ein an- schauliches Bild von der Intensität, mit welcher die einzelnen Aschen- stoffe durch die Keimpflanze aus dem Nährgewebe resorbiert werden. Diese Verhältniszahlen können als „Resorptionskoeffizient" oder ,, Wanderungskoeffizient" bezeichnet werden. Aus -dem ScHRÖDERSchen Versuche berechnen sich folgende Resorptionskoeffizienten: für Kali 382,87, für Natron 238,0, für Phosphorsäure 244,94, für Magnesia 195,1, für Eisen 175,03, für Kalk 24,40. Die Zahl für Kalk gleich 1 gesetzt, werden also Kali 15,67 mal, Natron 9,74mal, Phosphorsäure 10,02mal, Magnesia 7,98 mal, Eisen 7, 16 mal so rasch vom Keimpflänzchen aufgenommen als der Kalk. Auch nach Le Clerc und Breazeale(I) wird Kali besonders rasch von Weizenkeimpflänzchen aufgenommen. Im übrigen muß noch die künftige Forschung lehren, ob diese Werte für relative Resorptionsgeschwindigkeit auch für andere Fälle zutreffen, und ob sich für den normalen Keimungs- gang hier allgemeinere Regeln aufstellen lassen. Auch ist es nicht aus- geschlossen, daß sich die einzelnen Resorptionskoeffizienten durch Tempera- tur, Lichteinflüsse und andere Faktoren ändern. Vielleicht kann man auch 1) J. A. Le Clerc u. Bull., 138 (1911). F. F. Breazeale, U. S. Dept. Agr. Bur. o£ Chera. § 3. Die Resorption der Aschenstoffe aus dem Nährgewebe bei der Samenkeimung. 389 willkürlich durch bestimmte Mineralstoffnahrung, die den Pflänzchen dar- gereicht wird, die einzelnen Resorptionskoeffizienten ändern. Andre (1 ) hat bei Schminkbohnen, welche im normalen Erdboden keimten und er- wuchsen, gefunden, daß auch hier im Anfang die Aschenstoffe aus den Cotyledonen entnommen werden, und die Gesamtasche der Gotyledonen auf etwa 2/5 abnimmt, obwohl Kieselsäure und Kalk von Anfang an dem Boden entnommen wird. Bei der Keimung der weißen Bohne im Dunklen war nach 25 Tagen Va des Ca in den Cotyledonen geblieben. Mg war zum größeren Teile, K fast vollständig aus den Cotyledonen entfernt; P und S waren zu % in die junge Pflanze übergetreten. Daß die Zusammensetzung der Asche bei Keimpflanzen, welche Mineralstoffe aus dem Boden auf- zunehmen Gelegenheit haben, bereits in den ersten Tagen der Keimung starke Abweichungen von ,,aschenstofffreien Kulturen" zeigt, geht schon aus älteren Analysen von Brassicakeimlingen durch Wunder (2) und aus anderen Arbeiten hervor. Es ist auch nicht ausgeschlossen, daß bezüglich mancher Aschenstoffe die Notwendigkeit des Bezuges aus dem Boden sehr früh hervortritt, und mindestens die Darbietung der betreffenden Substanzen von außen erhebliche Vorteile darbietet. Ob dies bezüglich des Kalkes in dem Maße eintrifft, wie es in den Untersuchungen von Boehm und Lieben- berg (3) behauptet wurde, wäre wohl noch näher zu verfolgen; auch kann die schädliche Wirkung des Kalkmangels bei bestimmten Mischungen der Mineralstoffnahrung früher hervortreten, bei anderen später. Die Form und Verbindung, in welcher die einzelnen Aschenstoffe aus dem Nährgewebe in die Keimpflanze einwandern, ist in den seltensten Fällen bestimmt. Schon Feststellungen der in Wasser, Alkohol, Äther löslichen Anteile jedes Aschenstoffes in Cotyledo resp. Endosperm und Keimpflanze während der einzelnen Keimungsstadien würden bessere Ein- sicht in diese Verhältnisse ermitteln, als wir sie jetzt besitzen. Für die Kei- mung von Pisum hat schon vor längerer Zeit Kellner (4) die Quantität der wasserlöslichen Aschenstoffe in verschiedenen Keimungsperioden eruiert. Allerdings ist hier eine Trennung des Materials in Cotyledonen und Keim- linge nicht vorgenommen worden. In der ersten Keimungsperiode (5 Tage) war die Wurzel stark entwickelt, das Epicotyl noch zwischen den Keim- blättern eingeschlossen; in der zweiten Periode (10 Tage) waren Nebenwurzeln entwickelt und die Endknospe in Entfaltung begriffen. Die Zahlen sind dif in 100 g lufttrockenen Samen enthaltenen Mengen in Grammen: K,0 Na„0 CaO MgO P,0, Fe„0, SO3 SiO, Ungekcimte Samen, Gesamtasche . 1,030 0,010 0,100 0,161 0,816 0,013 0,472 0,021 Lösl. Mineralstoffe nachQuellg. 1,009 0,004 0,006 0,116 0,726 0,003 0,463 0,005 , „ Per. I 0,998 0,003 0,064 0,116 0,698 0,005 0,430 0,007 „ „ „ „ II 0,970 0,004 0,054 0,111 0,683 0,005 0,310 0,007 1) G. Andre, Compt. rend., rjg, 1262 (1900), 133, lOU (1901), 167, 1004 (1918). — An verschiedenen Pflanzen stellte auch G. D. Buckner, Journ. Agr. Res., 5, 449 (1915); -Tourn. Amer. Cheni. Soc, 4', 282 (1916) einschlägige Versuche an. — 2) G. Wunder, Landw. Vers.stat., j, 159 (1861). — 3) A. v. Liebenberg, Sitz. her. Wien. Akad. (I), .!?^ (1881). J. Boehm, Ebenda 7', 287 (1875). L. v. Portheim u. M. Samec, Flora, 94, 263 (1905). Über Mangel an Mineralstoffen bei Weizenkeim- lingen bes. auch Wasniewski, Bull. Ac Sei. Cracovie, 19M, r 615 — 4) 0. KEi.r>NER, Landw. Vers.stat., /;, 412 (1874). 390 Zweiundfunfzigbtes Kapitel. Der Mineralstoffwechsel von Samen. Nach diesen Resultaten würde sich die relative und absolute Menge der im Wasserextrakte enthaltenen Aschenstoffe nicht sehr ändern; der Kalk nimmt aber an Löslichkeit deutlich zu, während Phosphorsäure und Schwefel eine erkennbare Abnahme ihrer Wasserlöslichkeit zeigen. Wiederholt sind diese Untersuchungen bisher nicht, und es muß daher in suspenso bleiben, ob in allen Fällen ähnliche Resultate zu erhalten sind. Für die Phosphor- säure während der Keimung ist auf Grund mikrochemischer Untersuchungen und analytischer Erfahrungen von Iwanoff (1) anzunehmen, daß eine rasche Vermehrung der anorganischen Phosphate, oder überhaupt der POj-Ionen, erfolgt, so daß nach 30 Tagen bei Vicia sativa 93% des Gesamt- phosphors in dieser Form vorliegt. Da nach Kellneks Erfahrungen die Wasserlöslichkeit abnimmt, könnte man an zunehmenden Gehalt an Ca- und Mg-Phosphat denken. Übrigens hat auch Andre (2) die Vermehrung an Phosphat während der Keimung konstatiert, sowie schon früher Tam- MANN (3). Besonders der Phosphorumsatz bzw. die Mineralisierung des im Samen reichlich gebotenen organischen P ist in neuerer Zeit viel untersucht worden. Sehr anschaulich stellt dieser Prozeß sich in den Studien von Staniszkis(4) an Panicum miliaceum dar, wo auch die graphische Darstellung des P04-Um- satzes während des ganzen Vegetationscyclus gegeben wird. An Hordeum wurde der Prozeß durch Adler und durch Windisch verfolgt (5). Für Oryza haben Bernardini und Morelli (6) in der Keimung im Dunklen besonders die Phytinspaltung unter Abspaltung von MgO der Aufmerk- samkeit gewürdigt. Bei der Lichtkeimung nimmt bald der Gehalt an lös- licher MgO ab, weil sie zur Chlorophyllbildung verbraucht wird. Auch Plimmer (7) hat die Frage des Phytinumsatzes eingehend studiert. Adler nimmt an, daß mindestens zwei Formen der Phosphatasewirkung im Malz zu unterscheiden sind: die eine besteht in der Lösung der organischen un- löslichen Phosphatkomplexe, die andere in der Bildung anorganischer Phos- phate. Doch ist die Wirkung wahrscheinlich eine stufenweise. Die Phytase spielt hierbei eine Hauptrolle. Über die Einflüsse von Temperatur, Wasser- stoffkonzentration u. a., ferner über die Natur der in Betracht kommenden Enzyme als Sekretionsenzyme vgl. Adler, 1. c. 1915. Der P-Umsatz mit Rücksicht auf den Gehalt an Nuclein-P04 wurde durch Zaleski (8) und Iwanoff (9) erörtert. Der Vorgang scheint enzymatischer Natur zu sein, und die Mineralisierung des P tritt zuerst in den wachsenden Teilen des Embryos in Erscheinung. Über die Verhältnisse des Schwefels bei der Keimung verdanken wir Tammann nähere Aufklärungen. Dieser Forscher stellte fest, daß beim Kei- men von Pisum unter Lichtabschluß eine Vermehrung der ursprünglich nur in geringen Mengen vorhandenen Schwefelsäure (0,067%, 0,073%) auf das Dreifache erfolgt. Diese Bildung von S04-Ionen kann hauptsächlich nur auf Kosten des in cysteinartiger Bindung vorhanden gewesenen Eiweiß- 1) Iwanoff, Jahrb. wiss. ßotan., jö, 355 (1901). Ber. botan. Ges., 20, 366 (1902). Botan. Zentr., 99, 488 (1906). E. Schulze u. Castoro, Ztsch. physiol. Chem., 4r, 481 (1904. — 2) G. Andre, Compt. rend., 132, 1577 (1901). — 3) G. Tammann, Ztsch. physiol. Chem., 9, 416 (1885). — 4) W. Staniszkis, Anzeig. Akad. Krakau (1909), p. 95. — 5) L. Adler, Ztsch. ges. Brauwes., 35, 181 (1912); Biochem. Ztsch., 70, 1 (1915). W. W1NDI8CH u. W. Vogelsang, Woch.schr. f. Brauerei, 23, 516 (1906). Windisch, Jahrb. d. Versuchs- u. Lehranstalt f. Brau., Berlin, 9, 36 (1906). — 6) L. Bernardini u. Giu. Morelli, Atti Acc. Line. (5), 21, 357 (1912). — 7) R. H. A. Plimmer, Biochem. Journ., 7, 43, 72 (1913). — 8) W. Zaleski, Ber. botan. Ges., 24, 285 (1906). — 9) L. Iwanoff, Arbeit. St. Petersburg. Nat. Ges., 34 (1904). Just (1907), I, 845. Dreiundfüufzigstes Kapitel : Der MineraUtoffw. v. unterird. ReserveBtoffbehältern. 391 schwefeis erfolgen [ScHULZE (1)]. Damit steht die Feststellung von Sertz (2) im Einklänge, daß bei der Keimung von Lupinus luteus der Gehalt an blei- schwärzendem Schwefel stark abnimmt. Das Eindringen von Basen und Säuren in Samen hat Plate (3) ver- folgt; soweit über diese von nicht genügend weiten Gesichtspunkton aus- gehenden Angaben hier berichtet werden kann, sei darauf hingewiesen, daß Ba(0H)2 und Ca(0H)2 nicht eindringen sollen, während Säuren mit Aus- nahme von HCl gut passieren. Dreiundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel von unterirdischen Reservestoffbehältern. §1. Die vorkommenden Aschenstoffe. Seit älterer Zeit [Herapath (4) und andere UntersucherJ sind viele Analysen von Rhizomen, Knollen, Zwiebeln, Speicherwurzeln vor- genommen worden. Soweit man erkennen kann, reihen sich die hier herrschenden Verhältnisse durchaus an diejenigen der Aschenstoffe von Samennährgeweben an. Jedoch treten bei den genannten Organen die prägnanten Eigenschaften von Reservestoffbehältern manchmal nur in den späteren Lebensstadien hervor, indem dieselben in jüngeren Lebens- perioden der Nahrungsaufnahme aus dem Boden dienen und dann erst ihren Funktionswechsel zu Speicherorganen durchmachen. In den vor- liegenden Aschenanalysen läßt sich dieser Punkt häufig nicht in genügen- der Schärfe erkennen. Bei den unterirdischen Reservestoffbehältern kehrt der relativ geringe Aschenstoffgehalt anderer Speicherorgane wieder. Sehr selten beträgt die Reinaschenzahl 10% der Trockensubstanz, und das Minimum liegt etwa bei 2%. Die in der 1. Auflage des Buches (Bd. II, p. 752ff.) angeführte größere Zahl von Analysenresultaten wird dies näher erJäutern, doch haben diese Angaben kein so bedeutendes Interesse, als daß sie hier ausführlich wieder- holt werden müßten. Überdies sollten \nalysen zu wissenschaftlich-physio- logischen Zwecken Reservestoffbehälter im Zustande der Vegetationsruhe und maximalen Füllung verwenden und nur jene Teile derselben berück- sichtigen, nach Beseitigung der Rinde usw., welche tatsächlich als Speicher- gewebe dienen. Arbeiten mit diesen Voraussetzungen liegen aber zur Zeit kaum vor. Ähnliche Reserve, wie sie gegenüber den vorliegenden Gesamtasohen- zahlen geboten ist, müssen wir uns auch in der Beurteilung des Gehall. 's an einzelnen Aschenbestandteilen auflegen. Der Kaligehalt ist meist mit ungefähr der Hälfte des Reinaschengewichtes angegeben und im allgemeinen begegnen wir hier eher höheren Zahlen als bei Samennälirgeweben. Der 1) E. Schulze, Landw. Jahrb. (1876), p. 821. Landw. Vers.stat.. ig, 172 (1876) Über Schwefelverbindungen in keimenden Samen ferner G. Goi-a, Malpighia, i8 (1905). — 2) H. Sertz, Ztsch. physiol. Chem., 38, 323 (1903). - 3) F. I'i.ate. Rend. Acc. Line. (5a), 22, II, 133 (1913). -.4) Th. S. llERArAxn, Lieh. Ann.. 7-', 350 (1849). 392 Dreiundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffw. v. unterird. Reservestoffbehältern. KgO- Gehalt der Asche unterirdischer Reservestoff behälter kann aber selbst 70 % übersteigen, und in einem von Wolff angeführten Falle wurde in Zuckerrübenasche 78,4% KgO konstatiert. Werte unter 30% KgO sind relativ selten. Nach Andrlik und Urban(1) enthält Zuckerrüben- Rein- asche immer mehr KgO und wenig Natron; die Veredlung der Rasse bedingt Erhöhung des Gehaltes an Ca, Mg und PO4 und Verringerung der Alkalien. Auch im Preßsafte der feinen Wurzeln der Zuckerrübe überwiegen K, Na und Cl (2). Bezüglich der mikrochemischen Lokalisation des Kali in der Zuckerrübe ermittelte Matousek, daß sie alle Teile der Wurzel in wechselnder Menge betrifft; jedoch ist der Kopf der Wurzel mehr kalihaltig (3). Der Gehalt an Natron erreicht auf NaCl-haltigem Terrain und bei Salz- pflanzen in den unterirdischen Speicherorganen manchmal eine beträcht- liche Höhe und kann über 30% der Reinasche betragen. In anderen Fällen sinkt er bis auf Spuren herab. Auch die Zuckerrübe kann nach Urban (4) viel Natronsalze aufnehmen und die Pflanzen sind dann kräftig entwickelt; doch dient Na keinesfalls als Ersatz des Kali bei der Zuckerbildung. Der Kalkgehalt der Asche von unterirdischen Speicherorganen schwankt ungemein. In typischen und reifen Reservestoffbehältern beträgt er meist unter 10%, ähnlich wie bei Samennährgeweben, und kann hier und da selbst unter 1% sinken. Manche Wurzeln enthalten aber wieder ungemein viel Kalk in ihrer Asche. Nach den von Wolff (1. c. I, 117) mitgeteilten Analysen wurde für offizinelle Rheumwurzel 76,54% und 84,63% CaO in der Asche gefunden (5), im Rhizom von Rubia tinctorum 34,54 %, im Rhizom von Nephrodium filix mas 43,27%, in Allium Cepa 22,87%. Der Magnesia- geh alt stellt sich relativ niedriger als in Samennährgeweben, indem die gefundenen Werte meist 3—6%, selten über 10% betragen und ziemlich bedeutend schwanken. Es sei daran erinnert, daß die höheren Zahlen für MgO hauptsächlich fettreiche und an Proteinkörnern reiche Samennähr- gewebe betreffen; derartige Verhältnisse werden aber bei unterirdischen Reservestoffbehältern kaum gefunden. Die Zahlen für den Eisengehalt sind sehr schwankend, aber fast durchaus ebenso gering wie bei Samen. Sehr auffällig ist eine von Wolff mitgeteilte Angabe von 10,42% FegOg in der Asche von Glycyrrhiza. Nach Stoklasa (6) wäre es möglich, aus Allium Cepa durch Behandlung des entfetteten Materials mit sehr ver- dünnter HCl eine organische Eisenverbindung zu gewinnen, welche mit dem von Runge aus Eidotter dargestellten ,, Hämatogen" identisch zu sein schien (7). Tarbouriech und Saget (8) berichteten über eine organische N-haltigc Eisenverbindung aus der Wurzel von Rumex obtusifölius, möglicher- weise zu den Nucleinsäuren zählend, und ein Ferriderivat der Siegfried- schen Nucleone darstellend. Gilbert und Lereboullet (9) geben an, daß sie durch Begießen mit FeCOg-Lösung in der Wurzel von Rumex crispus eine Anreicherung von 1,5% organisch gebundenen Eisens erreicht hätten. Tonerde. Der Gehalt der Zuckerrübe an AI2O3 wird von Pellet und Fribourg(IO) mit 0,03-0,05% angegeben. 1) K. Andrlik u. J. Urban, Ztsch. Zuck.Ind. Böhm., 33, 418 (1909). — 2) K. Andrlik, Ebenda, 2g, 403 (1905). — 3) A. Matousek, Ebenda, 38, 235 (1914). — 4) J. Urban, Ztsch. Zuck.Ind. Böhm., 30, 397 (1906). - 5) Für Rheum ferner A. Semmel, Arch, Pharm., 256, 9] (1918). - 6) J. Stoklasa, Compt. rend., 127, 282 (1898). — 7) Vgl. Hugounenc^ u. Morel, Ebenda, 140, 1065 (1905). — 8) P. J. Tarbouriech u. P. Saget, Ebenda, 148, 517 (1909). — 9) A. Gilbert u. P. Lereboullet, Soc. Bio!., 60, 847 (1906). - 10) IL Pellet u. Ch. Fribourg, Biochera. Zentr., 4, Ref. Nr. 1865 (1905). § 1. Die vorkommenden Afichenstoffe. 393 Der Gehalt an Phosphorsäure kann auch in unterirdischen Speicher- organen recht bedeutend sein und bis nahe an 30% der Reinasche ansteigen. Doch ist er meist wesentlich niedriger als in Samennährgeweben. Die Durch- schnittswerte bewegen sich zwischen 15 und 20% der Reinasche. Dal3 man in vielen Zwiebeln und Knollen durch Einlegen der Organe in Alkohol reich- liches Vorhandensein von Calciumphusphat konstatieren kann, welches in Form von Sphärokrystallen ausgeschieden wird, geht aus einer Reihe von Beobachtungen von Hansen, Lkttgeb, Zimmermann und Iwanoff her- vor (1 ). Doch fand Iwanoff in den ßlütenstandzwiebcln von Allium Schoeno- prasum nur sehr geringe Mengen Von Calciumphosphat. Arsen wurde bei Allium polyanthum durch Jadin und Astruc (2) in einer Menge von 0,003 mg auf 100 g Pflanzensubstanz nachgewiesen. Der Gehalt an Schwef«-!, Kieselsäure und, Chlor in unterirdischen Speicherorganen ist bedeutenden Schwankungen unterworfen. Einzelheiten sind aus den nachfolgenden analytischen Daten zu er- sehen, die überhaupt das im voranstehenden Gesagte näher illustrieren sollei\. 1. Solanum tuberosum 2. Helianthus tuberös. 3. Beta: Zuckerrübe . 4. Brassica Rapa . . 5. Daucus Carota . . 6. Cichorium Intybus . 7. Pastinaca officinal. . 8. Armoracia rustican. 9. RhaphanuB sativus . 10. Apiura graveolcns . 11. Allium Porrum . . 12. „ Cepa . . . 13. Dioscorea japonic. . 14. Nelumbo nucifera . 15. Sagittaria sagittifol. 16. Lappa major . . . 17. Batatas edulis . . 18. Colocasia antiquor. . 19. Conophalluskonjaku 20. Lilium tigrinum . . ^1. Iris germanica . . 22. Dioscorea edulis 23. Odontogloßsumcrisp. Die Analysen 1—12 sind dem Werke Wolffs entnommene Mittel- werte (3), die Analysen 13-20 stammen von Kellner (4), 21 von Passe- rini (5), 22 von Moser (6) und 23 von Grützner (7). In dem letzten Unter- suchungsobjekte wurden auch Spuren von Tonerde, Mangan und Lithium gefunden. Für Phosphorsäure und Eisen gab Haensel (8) nachstehende Ana- lysenergebnisse: K,0 Na,0 CaO MgO Fe,0, P,0, SO, SiO, Gl 60,06 2,96 2,64 4,93 1,10 16,86 6,52 2.04 3,46 47,74 10,16 3,28 2,93 3,74 14,00 4,91 10,02 3,87 53,13 8,92 6,08 7,86 1,14 12,18 4,20 2,28 4,81 46,93 5,65 11,33 3,68 0,61 14,51 9,62 1,06 6,59 36,92 21,17 11,34 4,38 • 1,01 12,79 6,45 2,38 4,59 38,30 15,68 7,02 4,69 2,51 12,49 7,93 4,93 6,95 54,50 1,51 11,44 5,71 1,12 19,52 5,19 1,61 3,79 38,96 2,10 10,10 3,66 1,51 10,39 24,72 7,20 1,36 21,98 3,75 8,78 3,53 1,16 41,12 7,71 8,17 4,90 43,19 — 13,11 5,82 1,41 12^3 5,58 3,85 15,87 30,72 14,15 10,37 2,92 7,61 16,69 7,35 7,36 3,11 34,03 2,48 22,87 4,65 2;27 17,35 5,68 8,50 2,41 50,70 10,09 7,77 2,70 4,83 5,90 42,58 3,98 5,28 1,19 13,96 8,16 62,11 1,30 3,59 0,68 14,41 4,99 41,61 10,46 19,01 2,42 8,13 53,27 12,78 9,23 0,68 8,49 66,0 4,16 6,83 1.18 9,11 54,52 12,48 5,28 0,87 6,68 53,50 1,59 3,23 0,41 10,21 33,18 41,06 3,26 2,71 0,11 8^86 47,49 10,636 , 13,354 3,433 0,095 9,987 3,55 0,853 12.45 25,31 1,7G 19,78 11,21 0,07 3,07 1,05 2,17 1,92 1) Hansen, Flora (1889), p. 408; Arbeit. Botan. Inbt. Würzburg, j; Lf.itgeb, Botan Ztg (1887), p. 129; Mitteil. Botan. Inst. Graz (1888); Zim.mkrmann, Beitr. z Morph, u. l'hys. d. Bflzelle, p. 311; Iwanoff. Jahrb. wiss. Botan.. 36, 361 (1901); Calciumphosphrfsphärite im unterirdischen Sproßteil von Kleinia: 11. K.\hns. Disscrt. Kiel (1909) — 2) F. Jadin u. A. Astruc, Compt. rend.. 154, ^^3 (1912). — — 3) WoLFF, 1. c, 2, 125, 127, 128. — 4) 0. Kellnkr, Jahresber. Agr. Chem. (1886) p. 65; (1884), p. 111 u. 117. — 5) N. Passerini, Ebenda (1S82). p. 178. — 6) J. Moser, Landw. Vers.stat., 20, 113 (1877). — 7) R. Grützner, Obern. Zentr. (1895), II, 142. — 8) E. Haensel, Biochem. Ztsch., 16, 9 (1909). 394 Dreiundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffw. v. unterird. Reservestoffbehältern. in Proz. der Trockensubstanz in Proz. der Asche Asche PO, Fe,Og PO, Fe^O, Kohlrabi, Kopf 7,124 1,0737 0,050 15,070 0,7018 Sellerie, „ 7,380 1,6858 0,128 22,440 1,7344 Möhre 5,760 0,7600 0,098 13,226 1.7361 Rettich 6,900 0,7728 0,028 11,139 0^4058 Zwiebel 3,380 0,7524 0,032 22,260 0,9467 Rote Rübe 5,008 0,8748 0,050 17,346 0,9985 Kartoffel, magnum bonura 3,720 0,4674 0,090 12,526 2,4193 Analysen von Ipecacuanhawurzel nach Holmes (1 ) : "^aZ"' K,0 Na,0 CaO MgO Mn,03 P,0, SO, SiO, Cl Brazil . . 2,04 25,53 2,70 15,50 13,57 0,30 12,70 7,40 11,02 Spur Carthagena 2,72 7,42 2,25 17,00 10,68 0,58 5,16 5,05 • Johore . . 1,80 28,55 2,06 16,87 14,25 0,45 13,81 8,57 10,50 Andre (2) untersuchte die Asche von Knollen und Wurzeln während der Entwicklung und fand meist mit zunehmendem Alter des Organs eine relative Abnahme des Mineralstoffgehaltes ; bei Kartoffeln war eine Änderung des Aschengehaltes nicht festzustellen. Bei Allium Cepa fand derselbe Forscher (3) entsprechend der Biologie der Zwiebelpflanzen erst eine Abnahme dann nach erfolgter stärkerer Bewurzelung eine regelmäßige Zunahme des Aschengehaltes. Die Zuckerrübe wurde hinsichtlich K und Na von Urban (4) untersucht. Nach den Zusammenstellungen von Wolff (1. c. II 134) sind ferner die bezüghch der einzelnen Aschenstoffe konstatierten Quantitätsschwan- kungen in ihrem relativen Verhältnisse für einige Untersuchungsobjekte folgende : Solanum tuberosum: Kah 44-73,6%; Natron 0-17,5%; Kalk 0,4-7,2%; Magnesia 1,3-13,6%; Eisen 0-7,2%; Phosphorsäure 8,4 bis 27,1%; Schwefelsäure 0,4-14,9%; Kieselsäure 0-8,1% und Chlor 0,7 bis 12,6%. Futterrunkelrübe: Kah 25,6-69,4%; Natron 5,3-39,2%; Kalk 1,9-8,8%; Magnesia 2,1-7,9%; Eisen 0,3-3,1%; Phosphorsäure 2-13%; SO3 2-6%; Kieselsäure 0-10% und Chlor 1,9-35,5%. Turnips: Kah 26,6-62,6%; Natron 0-20,7%; Kalk 5,5-15,9%; Magnesia 1,6-6,4%; Eisen 0,2-2,9%; Phosphorsäure 5,5-18,9%; Schwefel- säui:e 2,6-18,1%; Kieselsäure 0-8%; Chlor 1,4-13,4 %. Daucus Carota: Kah 17-55,8%; Natron 10,9-34,8%; Kalk 6,9 bis 16,5%; Magnesia 0,6-7,3%; Eisen 0-2%; Phosphorsäure 9,6-16,4%; Schwefelsäure 3,5-11,7%; Kieselsäure 0,9-5,7%; Chlor 0-10,5%. Cichorium Intybus: Kah 27,9-54,9%; Natron 2,8-24,7%; Kalk 4,4-10,8%; Magnesia 1,3-8,1%; Eisen 0,8-7,2%; Phosphorsäure 8,7 bis 16,3%; Schwefelsäure 5,1-15,1%; Kieselsäure 1,1-17,2%; Chlor 1,8 bis 10,6%. Rubia tinctorum: Kali 26,6-52,7%; Natron 0,4-15,9%; Kalk 11,7-36,2%; Magnesia 3,1-20,4%; Eisen 0,3-3,4%; Phosphorsäure 4,6-11,5%; Schwefelsäure 1,3-3,9%; Kieselsäure 0,6-6,1%; Chlor 2,6 bis 13,3%. 1) E. M. Holmes, Pharm. Joiirn. (4), 28, 765 (1909). — 2) G. Andr6, Compt. rend., 146, 1420 (1908). — 3) Andre, Ebenda, 150, 713 (1910). — 4) J. Urban, Ztsch. Zuck.Ind. Böhm., 41, 415 (1917). § 2. Das Verhalten der Aschenstoffe während der Reifung unterird. Speicherorgane. 395 Pastinaca sativa: Kali 36,1-65%; Natron 0-6,1%; Kalk 7,7 bis 16,8%; Magnesia 0-9,9%; Eisen 0-2%; Phosphorsäure 15,6-23,8%; Schwefelsäure 3,9-6,5%; Kieselsäure 0-4,1%; Chlor 2,8-4,7%. Impomoea Batatas: Kali 43,7-59,7%; Natron 1,9-10,6%; Kalk 2,4-14%; Magnesia 1,7-5,1%; Eisen 0,5-1,5%; Pbosphorsäure 9,4 bis 12,4%; Schwefelsäure 3,6-8,3%; Kieselsäure 0,9-7,1%; Chlor 10,7 bis § 2. Das Verhalten der Aschenstoffe während der Reifung unterirdischer Speicherorgane. Während das Verhalten der Aschenstoffe während des Austreibens unterirdischer Reservestoffbehälter nach Beendigung der Vegetationsruhe noch so gut wie gar nicht untersucht ist, gestattet eine Anzahl von analytischen Studien, die allerdings vorwiegend praktischen Zielen ge- widmet waren, uns wenigstens ein vorläufiges Bild von der Bewegung der Mineralstoffe während des Heranwachsens und Ausreifens der unter- irdischen Speicherorgane zu geben. So weit diese Untersuchungen erkennen lassen, sind die Verhältnisse jenen bei reifenden Samen nicht unähnlich. Auch hier vermindert sich der prozentische Gehalt der Trockensubstanz der Organe an Aschenbestandteilen, indem die organischen Reservestoffe in viel stärkerem Maße als die Mineralsubstanzen vermehrt werden. Fast immer deutlich ausgeprägt ist die fortschreitende prozentische Verminde- rung des Kalkgehaltes der Reinasche und die prozentische Vermehrung ihres Phosphorsäuregehaltes. Das Kali pflegt sich eher relativ zu ver- mindern ; die Magnesia zeigt in einzelnen Fällen eine relative Vermehrung. Der Schwefelsäuregehalt desgleichen. Der Eisengehalt ist in der Regel in reifen Speicherorganen prozentisch geringer geworden. In zwei an Kartoffclknollen angestellten Untersuchungen, welcho bei WOLFF (1. c, Bd. I, p. 74, 75) wiedergegeben sind, treten die meisten dieser Charakterzügo hervor: i 'S ^ W U3 c c 11 'X J ^ 0 P5 04 w Knollen 92 Tage nach d. Saat 5,76 66,3 2,6 2,9 1,4 1,6 13.0 4,5 3,6 .5,1 „ 111 „ „ „ „ 4,21 63,8 2,2 2,6 4,0 1.9 15,7 4,1 2,3 4,3 „ 126 „ „ „ „ 4,89 63,5 1,9 3,1 3,6 2,0 14,6 5,0 2,4 5,0 „ 154 „ ,. „ „ 4,54 64,8 1,4 2,0 4,3 1,9 16,8 4,7 1,4 3,4 II. Knollen am I.Juli . .3,36 56,78 4,91 5,61 4,79 1.17 14,95 6,42 2,22 3,05 „ 29. „ . .2,27 62.75 1,07 2,88 4,97 0,63 13,70 8,02 2,53 4,77 „ 28. August .2,66 60,12 1,19 3,32 5,11 1,29 15,06 8.46 3.38 2,65 „ 2. Oktober. 2,68 53,07 2,60 2.87 5,91 0,63 19,7012,40 1,48 1,76 Besonders zahlreiche Untersuchungen sind der Entwicklung der Zuckerrübe gewidmet worden, bei welcher die Änderungen im Gehalte an Mineralstoffpn in Beziehung zur dargereichten Düngung und in Beziehung zum Zuckergehalte der Speicherwurzel von großem praktischen Interesse waren. Von dem Gange der Veränderungen im Aschenstoffgehalte während der Ausbildung der Zuckerrübe gibt die nachf(dgonde Untersuchungsroiho ein Bild (Wolff, 1. c, Bd. I, p. 7). 396 DreiundfünfzigBtes Kapitel: Der Mineralstoffw. v. untorird. Reservestoffbehältern. Reinasc Kali Natroi Kalk Magnet Eisen II Schwef( säure Kiesel Chloi Wurzel am 20. Juli . . 7,31 48,0 14,25 3,44 7,89 0,73 15,99 4,22 3,34 2,77 „ „ 9. August . 6,81 41,0 12,60 5,08 9,33 1,12 18,42 4,47 3,34 6,0 ., 31. 6,66 44,69 10,38 5,47 9.17 1,52 16,82 4,97 4,70 2,95 „ „ 15. Septemb. 5,02 46,44 7,82 6,52 9,96 0,83 16,92 4,20 4,66 3,43 „ „ 30. „ 4,33 48,34 6,73 6,65 8,66 0,70 18,58 4,31 3,40 3,40 „ 16. Oktober 3,83 44,08 5,72 6,46 10,48 1,15 17,85 8,89 3,06 2,97 Daß der Aschengehalt der Wurzeln mit zunehmender Zuckerspeiche- rung prozentisch abnimmt, ist eine vielfach erwähnte Erfahrung, und man findet auch hervorgehoben, daß zuckerreiche Rassen sich durch niedrigen prozentischen Mineralstoffgehalt auszeichnen [Schneidewind und Müller (1 )]. Entsprechend der geringen Mehrspeicherung von Kali während der Reife schädigt Kahmangel erst dann, wenn die Kalizufuhr auf ein Minimum herabgesetzt wird [Wilfarth, Römer und Wimmer (2)]. Sehr ausgeprägt ist der Vorteil, welchen eine gute Versorgung mit Phosphor- säure gewährt. Ist wenig PaOg geboten, so wird nach Wilfarth eine zwar zuckerreiche, doch kleinö Wurzel erzeugt. Reichliche Darreichung von Phosphat äußert sich sowohl im gesteigerten Wachstum als im höheren Zuckergehalte [Peligot, Joulie, Pellet (3)]. Nach Ermittelungen von Gregoire (4) scheint es aber, als ob die stärkste Ausnützung und Wirkung der dargereichten Phosphorsäure in die ersten Stadien des Vegetations- ganges fiele, also leicht lösliche Phosphate einen größeren Vorteil böten. Im Safte der Zuckerrübe findet sich nach Peligot viel phosphorsaures Kali und viel phosphorsaure Ammoniakmagnesia. Für die Entwicklung von Turnips wurden folgende Befunde verzeichnet (WOLFF, 1. c, Bd. I, p. 92, 93): Bein- asche Kali Natron Kalk Mag- nesia Eisen Phos- phor- Säure Schwe- fel- sttnre Kiesel sttore ■ Chlor I. Wurzel 2 Wochen alt 17,77 17,07 7,42 29,7 7,42 8,17 9,44 11,03 9,65 3 17,73 25.52 9,60 31,0 6,86 3,29 7,69 10,05 5,89 7 7,88 21,95 9,18 21,32 7,99 5,33 10,66 14,47 7,23 2,39 13 11,34 32,36 14,53 8,47 4,50 6,26 13,67 12,26 5,56 3,10 18 8,85 41,81 9,33 8,25 4,07 1,81 15,03 12,54 2,60 5,90 21 9,16 43,12 9,32 9,28 3,82 1,75 16,92 11,14 1,31 4.38 II. Wurzel am 7. Juli . . 15,80 21,95 9,88 13,99 9,39 5,99 12,83 10,78 10,69 5,83 „ „ 11. August , 7,74 36,29 15,88 9,61 4,59 2,52 13,73 10,40 2,86 5,30 „ „ I.September 8,96 33,30 11,15 9,76 4,68 1,59 12,65 19,03 3,12 6,21 „ 5. Oktober . 9,32 31,40 12,40 13,58 5,57 1,54 11,38 14,64 3,48 6.54 Für die Wurzel von D< mcus Carota (1. c, p. 98): Am 25. Juli 6,51 28,67 34,67 8,75 5,72 0,39 13,19 4,44 2,19 2,56 „ 14. August .... 7,04 26,29 39,50 7,68 6,14 0,53 12,27 4,41 1,27 2,48 „ 4. September . . . 6,29 29,11 29,50 10,24 6,75 0,89 14,56 4,52 3,34 1,41 „ 19- V . . 6,01 22,19 33,99 10,85 6,35 0,45 16,11 7,27 1,04 2,26 „ 10. Oktober .... 6,04 30,48 28,86 11,53 6,46 0,49 14,99 3,49 2,08 2,09 1) W. Schneidewind u. H, C. Müller, Journ. f. Landw., 44. 1 (1896). Pagnoul, Compt. rend., 80, 1010 (1875); Urban, Ztsch. Zuck. Ind. Böhm., 41, 415 (1917). — 2) H. Wilfarth, Römer u. Wimmer, Ztsch. Ver. Rüb.zuck.Ind. (1901), p. 993. - 3) E. Peligot, Compt. rend., 80, 219, 133 (1875); H. Joulie, Ebenda, *2,290 (1876); Pellet, Ann. Chim. et Phys. (ö), 16, 145 (1879). — 4) Ach. Gregoirk, Chem. Zentr. (1903), II, 59. Vierundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel in den obcrird. Achsenteilen. 397 Cichorium Intybus (1. c, p. 97): Rein- asche Kali Nation Kalk Mag- nesia Phos- Sehwe- Eisen phor- fel- säuro säarc Kies*I- säare Wurzel 40 Tage alt 50 „ „ 60 „ „ 70 „ „ 80 „ „ 90 „ „ 100 „ „ 110 „ „ 120 „ „ 130 „ „ 8,05 47,75 16,67 15,52 1,88 1,66 4,41 5,53 1,53 5,43 47,22 18,41 13,44 2,45 0,«7 4,58 5,Ü9 1,21 4,11 43,75 18,51 12,39 3,66 1,25 6,81 5,42 0,96 3,68 44,02 16,09 9,25 5,19 0,91 10,08 5,05 0,78 3,22 42,58 16,29 8,42 5,48 0,97 11,64 5,67 0,98 2,89 43,21 15,87 7.43 5,76 0,71 11,97 5,04 0,95 3,06 39,92 18,66 8,44 4,68 1,21 11,84 5,73 1,09 2,91 38,4] 18,90 8,21 4,80 0,91 12,17 6,48 1,19 2.91 38,91 18,74 7,81 4,71 1,00 12,31 6,17 0,94 2,94 38,48 18,40 7,74 4,97 0,89 12,80 6,61 1,07 Chlor 5,42 7,61 9,64 9,86 9,81 10,94 10,54 10,49 10,64 10,65 Bei Hyacinthus orientalis hat van Rojen(I) bestimmt, wieviel Mineralstoffe in absoluter Menge von der Zwiebel von der Blütezeit an bis zur Entnahme aus dem Boden nach erlangter Reife aufgenommen werden. Es vermehrte sich die ursprünglich noch vorhandene Mineralstoffmenge in drei Versuchen um 281,.5%, 178,02% und 67,7%. In Versuchen, welche Nathansohn (2) an Querscheiben von Dahlia- knollen unternahm, wurde durch Einlegen derselben in Salzlösungen von verschiedenen Konzentrationen untersucht, wie groß die Konzentration des in den Zellsaft aufgenommenen Salzes in bezug auf die Außenkonzentration war. In vielen Fällen war ein annähernd der Außenkonzentration pro- portionales Ansteigen und Fallen der Innenkonzentration sicher zu stellen. Meist wurde jedoch selbst in verdünnten, noch lange nicht plasmolytisch wirksamen Lösungen die Außenkonzentration nicht einmal annähernd erreicht. Aber auch dann wenn die vorher durch Einlegen in Salzlösung auf eine gewisse Zellsaftkonzentration gebrachten Präparate in verdünntere Lösungen kamen, stellte sich im Zellsaft die Außenkonzentration nicht wieder her. Es ist bisher nicht untersucht, inwiefern Änderungen der von Nathansohn entwickelten Anschauungen über die regulativen Eigenschaften der Plasmahaut durch die seither erzielten Fortschritte in der physikahschen Chemie nötig sind. U. a. wird aber auch kritische Sonderung der Anteile welche der Salzgehalt der Quellungsflüssigkeit der Zellmembranen u. a. an der von Nathansohn als „Zellsaftkonzentration" geführten Zusammen- setzung des Knollenpreßsaftes nehmen, durchzuführen sein. Vierundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel in den oberirdischen Achsen teilen. § 1- Die Stammknospen und ihr Verhalten beim Austreiben. Nur wenige Fälle sind hier eingehender studiert. Schröder (3) verdanken wir nähere Feststellungen über das Verhalten der Mineral- stoffe beim Austreiben der Knospen von Acer platanoides. Die Aschen- 1^ A. E. VAN RoJEN, Biedermanns Zentr. (1879), p. 360. - 2) A. Nathak- SOHN, Jahrb. wi88. Botan.. 39, 607 (1904). - 3) J. Schröder, Suppl. Tharandter forstl. Jahrb. (1878). p. 173. 398 Vienindfünfzigstes Kapitel : Der Mineralßtoff Wechsel in den oberird. Achsenteilen. bestandteile, deren die jungen Triebe in ihrem Stoffwechsel und Wachs- tum benötigen, werden zum größten Teile aus dem Vorrate geschöpft, welcher in den Achsenorganen aufgespeichert liegt. Weder die Knospen selbst mit ihren eigenen aufgestapelten Materialien, noch die direkte Aufnahme der Mineralstoffe aus dem Boden durch die Wurzeln des Baumes können den notwendigen Bedarf decken. Am stärksten ist die Entnahme an Phosphorsäure aus den Achsenteilen, aber auch der Zustrom von Kali nach den Knospen ist ein erheblicher; weniger vermindert wird der Magnesiavorrat der Achsenorgane. In bezug auf die Mineral- stoffe ist daher die Bedeutung der Knospen selbst als Reservestoff- behälter gewiß nicht groß. Ähnlich scheinen aber die Verhältnisse bei anderen Holzpflanzen zu liegen. Nach Desbarres(I) enthalten junge entrindete Zweige von Rhus elegans im Winter und nach der Knospen- entfaltung im Frühjahr: Proz. Proz. Proz. Proz. Im Winter: 1,60 Asche, 4,56 darin PjOg-, 22,76 K^O; 42,62 Kalk Im Frühjahr: 1,23 „ 3,42 „ „ 21,47 „ 41,41 „ Die Sprossen japanischer Bambusarten enthalten nach Kellner (2) 1,18% Asche. Auch bei Bambusa wandern nach Shibatas(3) Fest- stellungen die Mineralstoffe rasch von den Rhizomen aus, und speziell Phosphorsäure und Magnesia ließen sich in den Procambialsträngen der wachsenden Spitzen direkt nachweisen. Magnesia soll hier in den Reserve- stoffbehältern, hauptsächlich in den Siebröhren, reichlich vorkommen. Wiederholt war endlich das Zuckerrohr Gegenstand von Aschen- analysen. Knop(4) fand in gesunden Sprossen 2,333% Aschenbestand- teUe. Hiervon entfielen auf SiO, 0,810, CaO 0,06, MgO 0,162, PjOg 0,070, SOg 0,080, Gl 0,289, KjÖ 0,861, NagO 0,001% der Trocken- substanz. Über die von diesem Forscher für schizophyllumkrankes Zuckerrohr, sowie über die von Stutzer (5) für serehkrankes Zuckerrohr mitgeteilten Aschenanalysen läßt sich kaum eine sichere Meinung äußern, da die gefundenen Veränderungen: Steigen des Aschengehaltes resp. Verminderung von Schwefel und Kali schwer zu erklärende sekundäre Folgen tiefgreifender Stoffwechselstörungen darstellen. Daraus folgt, daß wenig Wahrscheinlichkeit besteht, etwa der Serehkrankheit durch eine passende Mineraldüngermischung beizukommen. Sprankling(6) hat für das Zuckerrohr festgestellt, daß die wachsenden oberen Teile der Sprosse reich an Phosphaten sind, wälirend die aufgenommene Kieselsäure in die Blätter befördert und daselbst gespeichert wird. Der Gehalt des Zucker- rohrs an Kali und Natron verhält sich nach Prinsen-Gerligs und Pellet (7) etwa wie 7 : 100. Pellet (8) fand im Zuckerrohr ferner Titan in wechselnder Menge, kein Aluminium. Im Anschlüsse au Befunde von Shibata darf man vielleicht annehmen, daß der Transport von Magnesia- verbindungen und Phosphorsäure zum großen Teile durch die Siebröhren vollzogen wird. Übrigens hat früher schon Zacharias (9) im 1) Desbakres, Biedermanns Zentr. Agr. Chem. (1879), p. 946. — 2) 0, Kellner, Jahresb. Agr. Chem. (1886), p. 357. — 3) K. Shibata, Joum. Coli. Sei. Tokyo, 13, 329 (1900). — 4) Knop, Landw. Vers.stat., 30, 277 (1884). — 5) A. Stutzer, Ebenda, 40, 325 (1892). — 6) Spranklino, Proc. Chem. See, 18, 196 (1902). - 7) H. Pellet, Bull. Absoc. Chim. Sucr., 22, 1049 (1905). — 8) Pellet, Ebenda, p. 908. Zuckerrohr- Analysen femer: J. Hazewinkel, Ann. Jard. Botan. Buitenzorg, 3. Suppl., II, 519 (1910). - 9) E. Zacharias, Botan. Ztg. (1884), p. 65. § 1. Die Stammknospen und ihr Verhalten heim Austreihen. 399 Siebröhreninhalte von Cucurbita Pepo Magnesia und Phosphorsäure nach- gewiesen. Sphärite von phosphorsaurer Magnesia sah Hansen (1) in Zuckerrohrstämmen nach Einlegen derselben in Alkohol in zahlreichen Parenchymzellen auftreten. Bei der Composite Hebeclinium (Eupatorium) macrophyllum sollen nach dem gleichen Verfahren Gipssphärite zu er- halten sein. Auch die für Spargelsprosse (im Austreiben) bei Wolff gegebenen Mineralstoffbestimmungen (2) lassen vermuten, daß sich die Vorgänge bei der Mineralstoffresorption von Knospen jenen von keimenden Samen usw. anreihen. ^"^J"- Kali Natron Kalk ^/J" Eisen phor- Lr' ^'f«'" Chlor ^«^h« "^«'^ säure ßäure «*"••« AsparaguB: Maxim. 10,5 39,2 41,1 18,1 6,3 5,8 21,9 7,9 13,7 7,9 Mittel 7,26 24,04 17,08 10,85 4,32 3,38 18,57 6,18 10,09 5,93 Minim. 5,5 6,0 4,0 5,1 3,0 0,9 13,8 4,1 0,7 4,4 Betula, Frühiahrs- knoBpen' . . 4,0 23,56 • 21,42 11,2 0,75 28,14 8,97 0,77 2,.'i3 In den Studien von Andr6 (3) über die Mineralstoffe der Knospen, Zweige und Blätter von Aesculus Hippocastanum findet man dargelegt, wie die Aschenstoffe des sich aus der Knospe entwickelnden Triebes sich stetig anreichern. Zwei Wochen vor dem Laubfall (8. Okt.) enthielten die Blätter 74,43 7o der vom Zweig angesammelten Gesamtasche, 75,72% der PO4, 89,52 7o der SO3, 69,75% des CaO, 77,63% der MgO und 86,70% des KjO. Nach Manaresi und Tonegutti (4) sind beim Apfel- und Birnbaum die Fruchtzweige reicher an PjOg, die Blatttriebe reicher an Kieselsäure. Erwähnt seien ferner die Analysen von Shedd und Kastle (5) an Trieben von Vitis cordifolia. Der Sproß enthielt 79,25% Wasser, 20,0437% organische Stoffe, den Rest als Asche. In letzterer waren 0,4»/o SiO„ 0,03% Fe^Og und Al.Os 10,92% CaO, 3.39% MgO, 1,68% Na^O, 38,07 % K^O, 12,52% ?,0, und 2,24% SO3; der Rohasche- gehalt war 1,02%. Im Safte waren 99,634% Wasser, 0,2782% organische Stoffe und 0,113% Rohasche. In der Asche: 0,405% SiO„ 0,54% Fe^Og, 19,49% CaO, 3,9% MgO, 1,5% Na,0, 41,38% K,0, 5,09% P2O5 und 4,59% SO3. Der Saft des Zuckerahorns enthält im sand- artigen Satz nach Snell und Lochhead(6) viel Kalk, wenig Mn, Mg, PO4 und Spuren von Fe203. In Zweigen von Manihot utilissima fand Peckolt(7) 73,4% Wasser und 3,45% Asche, bei Manihot palmata M. A. 75,45% Wasser und 3,182% Asche. Analysen ganzer Maispflanzen in verschiedenen Stadien der Ent- wicklung rühren von Jones und Huston(8) her. Dieselben ergaben ein scharfes Ansteigen des Kaligehaltes in der Periode der stärksten Ent- wicklung. Hinsichtlich der Abhängigkeit des anatomischen Baues des Roggenhalmes von der Mineraldüngung berichtet Vageler(9), daß 1) A. Hansen, Arheit. Botan. Inst. Würzhurg, 3, 115 (1884). — 2) Spargel- Analysen b. RUBNER, Arch. f. Ann. u. Physiol., 1916, p. 151; Berl. klin. Woch.schr., 53, 357 (1916). In Kopf 8,08%, Stiel 4,9 7«, im Preßsaft 63,0 »/„ Asche. — 3) G. Andre, Corapt. rend., 758. 1517 (1914). - 4) A. Manaresi u. M. Toneüutti, Staz. Sper. Agr. Ital., 44, 960 (1912). - 5) 0. M. Sheud u. J. H. Kastle, Journ. Amer. Chem. Soc, 34, 1415 (1912). - 6) J. F. Snell u. A. G. Lochhead, Journ. Ind. Eng. Chera., 6, 301 (1914). Für Palmensaft: Bachilli, Ann. di chira. appl., j, 101 (1915). Browning u. Symonb, Journ. Soc. Chem. Ind., 35, 1138 (1910). — 7) Th. Peckolt, Ber. pharm. Ges., 16, 22 (1906). - 8) W. J. Jones jun. u. H. A. HusTON, Purdue Univ. Agr. Ex. Sta. Bull., 175, 599 (1914). - 9) P. Vageler^ Journ. f. Landw. (1906), p. 1. 400 Vierundfünf zigBtes Kapitel : Der Mineralstoffwechsel in den oberird. Achsenteilen Kaliumdarbietung die Entwicklung des Assimilationsparenchyms steigert, ohne daß die Festigkeit des Halmes leidet, auch ist die Cuticula ver- stärkt. Phosphorsäure hat günstigen Einfluß auf die Ausbildung des Stützgewebes, verringert aber die Gesamtzeilhautmasse. Stickstoffdüngung im Übermaß, besonders in Kombination mit Kali, schwächt die Ausbildung des Zellhautgerüstes. §2. Die Mineralstoffe des Holzes der Bäume. Das massiv entwickelte wasserleitende System der holzigen Achsen bildet ein bequem zugängliches Untersuchungsmaterial beim Studium der Physiologie der Mineralstoffe. Spezielles Interesse bieten die Aschen- stoffe der holzigen Stammteile deswegen, weil sie die Leitungswege der durch die Wurzeln aufgenommenen Mineralstoffe einschließen. Schon ältere Untersucher, wie Hjelm, Berthier, C. Sprengel u. a.(l) be- mühten sich, genaue Aschenanalysen verschiedener Holzarten zu ge- winnen; in neuerer Zeit wurde durch eine Anzahl trefflicher forstbota- nischer Arbeiten das Wesentlichste über die Verteilung der Mineralstoffe im Holze der Bäume bereits festgestellt. Der Totalgehalt an Aschenstoffen im gesamten Holzkörper ist in der Regel ein relativ kleiner, beträgt oft weniger als 1% der Trockensubstanz und geht relativ nicht häufig bis auf 3—4% der Trockensubstanz hinauf; auch in hochgradig „verkernten" Hölzern ist dieser Gehalt an Mineralstoffen nicht überschritten. Nach Nygard (2) ist in Guajac-Holz 1,53%, in Wach- holder-Holz 0,99%, in Quassia-Holz 4,8% Asche in der Trockensubstanz vorhanden. Das Minimum des Gesamtholzaschengehaltes dürfte bei 0,2% liegen. Beobachtungen von Schroeder (3) lehrten, daß man durch Aus- laugen mit Wasser von den Aschenstoffen des Fichtenholzes einen erheblichen Teil entfernen kann; nicht ausgelaugtes Holz enthielt 0,232%, ausgelaugtes Holz 0,183yo der Trockensubstanz an Aschenbestandteilen. Es ist aber der weitaus größere Teil demnach in Form wasserunlöslicher Verbindungen zugegen, wozu u. a. unlösliche Zellmembranstoffe und unlösliche Einlage- rungen gehören. Anderweitige Untersuchungen über diese Frage sind aller- dings noch nicht angestellt. Es ist a priori zu erwarten, daß das lebhaft funktionierende Splint- holz sich in bezug^ auf seine Aschenstoffe von den älteren Holzteilen des- selben Stammquerschnittes merklich unterscheiden dürfte, was auch experi- mentell bestätigt wurde. Schon Sprengel gab an, daß das Kernholz aschen- stoffärmer ist als das Splintholz. Dies ist in der Tat oft der Fall, wenn im Kernholze nicht massenhafte Kalkeinlagerungen vorhanden sind. Olea europaea enthält nach Becchi (4) im Splint 5,04%, im Kernholze 1,42% Aschenstoffe. Bei Larix decidua fand Weber (5) in zwei Analysen den Reinaschegehalt des Splintholzes zu 2,70% und 2,29% der Trockensubstanz, 1) J. Hjelm, Crella Ann. (1784), I, 450; P. Berthier, Ann. Chim. et. Phya. (2), 32, 240 (1826); C. Sprengel, Journ. prakt. Chem., /, 136 (1834); L. Hoffmann, Lieb. Ann., 56, 125 (1845); C. Bischof, Journ. prakt. Chem,, 47, 193 (1849); A. MÜLLER, Ebenda, p. 335. — 2) A. Nygard, Farm. Notisbl. (1909), Nr. 9, p. 125. — 3) J. Schroeder, Tharandter forstl. Jahrb., 24, 55 (1874). Unlösliche Alkali- verbindungen in Eichenholz: Berthelot, Compt. rend., 142, 313 (1906). — 4) E. Becchi. zit. bei Wolff, Aschenanalye., 2, 103. — 5) R. Weber, AUg. Forat- u. Jagdztg. (1873), p. 367; Forstl. Natwiss. Zisch., 2, 209 (1893). § 2. Die Mineralstoffe des IIoIz^'b der Bäume. 401 während das Kernholz 1,77% und 0,98% Aschenstoffe aufwies. Bei Populus tremula fand hingegen v. Branke (1) die Differenzen im Aschengehalte von Splint und Kernholz nicht scharf ausgeprägt. Ein r)Ojähriger Quercus- stamm, welchen Weber (2) untersuchte, enthielt im Splintholzt; 0,5%, im Kernholze 0,22% der Trockensubstanz an Reinas(^he, während ein 345- jähriger Stamm die Werte 0,28% für Splint und 0,22% für Kernholz ergab. Für Fagus silvatica liegen differierende Angaben vor. Weber (3) fand in einem 220jährigen Stamm im Splint 0,42%, im Kernholzc 0,31% der Trockensubstanz an Reinasche. Zimmermann (4) aber konstatierte bei der Untersuchung eines 94jährigen Rotbuchenstammes für die einzelnen kon- zentrischen Holzschichten an Aschengehalt: Jahresring 1 — 15 15—25 25—35 35—45 45— CO 60—83 83-94 (Splint) Aschengehalt 1,162 0,825 0,645 0,612 0,555 0,458 0,205 "/„ CaCO 3- Gehalt 0,579 0,251 Spur Spur Voraussichtlich liegt dies begründet in den verschieden stark entwickelten Kalkeinlagerungen des Kernholzes. Bei Betula alba dürften nach Schroe- DERs Analysen (5) ebenfalls Kalkeinlagerungen vorkommen. Hier ergab sich : an Rohasche CaO MgO im Splintholze 0,22% 0,066 0,018 „ Kernholze 0,40% 0,149 0,036 Die Ablagerungen von Calciumcarbonat verursachen in anderen Fällen eine viel bedeutendere Steigerung des Aschengehaltes des Kernholzes gegen- über dem Splint. So fand Molisch (6) bei Ulmus campestris im Kernholze 2,2%, im Splint 1,34% Asche; bei Zygophyllum arboreum im Kernholze 3,65%, im Splint 1,21%, Aschenbestandteile. Zimmermann konstatierte für das Kernholz der Wurzel einer 102jährigen Ulmus effusa im innersten Kernholze sogar 8,862% Aschenstoffe, davon 6,651% CaCOg, in den mitt- leren Holzlagen war 3,271% Reinasche mit 2,427'}o CaCOg vorhanden. Auch im Kernholze von Vitis vinifera ist nach den Analysen von Kremla (7) im Kernholze der Aschenstoffgehalt infolge von Kalkablagerungen bedeutend höher als im Splinte; analog verhielt sich auch das Wundkernholz. Vielleicht gibt es aber auch Fälle, in welchen das Kernholz, ohne daß in demselben Kalkablagerungen reichlich zugegen sind, sich aschenstoffreicher erweist als der Splint und die bisherigen Befunde müssen nicht ausnahmslos gelten. Der Aschenstoffgehalt des Holzes ändert sich auch mit der Region des Baumes und nimmt nach den Enden der Wasserbahnen hin zu. Im Gipfel der Bäume und in den Ästen ist das Holz durchschnittlich aschen- stoffreicher als in den basalen Stammpartien. So enthielt in Untersuchungen von Schütze (8) Pinus silvestris im VVurzelstück 0,312%, im Stamme in Brusthöhe 0,334%, in der Stammitte 0,318%, im Gipfel 0,315%, im Ast- holze 1,224% Reinasche in der Trockensubstanz. Bei Picea excelsa fand Schroeder(9) im Stammholze 0,169%, im Gipfelstück 0,26%, in über 1) V. Branke, Just (1883), I, 58. — 2) Weber (1876), zit. in Wulff, Aschenanalysen, 2, 78. — 3) R. Weber, zit. bei Wolff, 1. c, p. 68. — 4) H. Zimmer- mann, Ztsch. angew. Cheni. (1893), p. 426. - 5) J. Schroeder (1865), zit. bei Wolff, /, 122. - 6) H. Molisch, Sitz.ber. Wien. Ak., aV, Juni 1881. — 7) H Kreml.4, Jahresber. u. Progr. d. k. k. önoL u. pomol. Lehranstalt Klosterneu- burg (1896). Vgl. auch Kessler, Landw. Vers.ßtat, 14, Nr. 2/3 (1873). — 8) W. Schütze, Allg. Fornt. u. Jagdztg. (1876). fi. 371. - 9) J. Schroeder, Tharandter forstl. Jahrb., 24, 257 (1874) Czapek, Biochemie der Pflanzen. 2. Aufl , U. Bd. 26 402 Vierundfünfzigstes Kapitel : Der Mineralstoffwcchsel in den oberird. Achsenteilen. 1 cm starken Ästen 0,32% Aschenstoffe; bei Abies pectinata fand derselbe Autor (1) im Stamme 0,253%, im Gipfel 0,234%, im Astholze 0,303% Asche, und in Betula alba in den peripheren Lagffn des Stammholzes 0,160% im Zweigholze 0,64% Reinasche in der Trockensubstanz (2). Dies hängt wahrscheinlich mit der nach dem distalen Ende des Holzkörpers zu relativ zunehmenden Splintholzquantität zusammen. In den drei letzten Zweig- ordnungen von Morus fand Pigorini (3) den Aschengehalt mit 2,17%, 2% und 3,79%, den Wassergehalt 41,6%, 47,44% und 52,21%. Mit der relativen Zunahme an nicht mehr funktionierenden Holz- schichten während des Älterwerdens des Baumes hängt es wieder zusammen, wenn das Totalholz alter Bäume aschenstoffärmer wird als das Gesamtholz junger Stämme. So geben Zahlen von Wittstein (4) an, für das Stammholz der Fichte mit 135 Jahren 0,33% Asche, mit 172 Jahren 0,46% Asche, mit 220 Jahren 0,38% Asche. Weber (5) fand für den entrindeten Stamm von Fagus silvatica mit 10 Jahren 0,56%, mit 20 Jahren 0,46%, mit 40 Jahren 0,45%, mit 50 Jahren 0,36% Aschengehalt; für entrindete Eichenstämme von 15 Jahren 0,53%, von 25 Jahren 0,41% Reinasche im Holze. Schwankungen des Aschenstoffgehaltes im Holze mit der Jahres- zeit haben sich in einer Reihe von Untersuchungen ergeben. Zum Teile lassen sich dieselben wohl mit der verschiedenen Intensität des Wachstums im Holzzuwachse, auch mit dem verschieden starken Strome von gelösten Mineralsubstanzen, der sich durch den Holzkörper bewegt, in Verbindung bringen. Doch ist eine vollständige Erklärung der Erscheinung nach dem heutigen Stande der Forschung noch kaum möglich. Zur Zeit lebhafter Vegetationstätigkeit wurde der Aschengehalt des Holzes oft merklich höher gefunden. So enthielt in (älteren) Analysen von Staffel (6) das junge Holz von Aesculus am 6. Mai 10,91% Reinasche, am 1. September 3,38%; Juglans regia im jungen Holze am 31. Mai 10,03%, am 27. August 2,99% Reinasche. Dittmann (7) fand wieder im entrindeten Rotbuchenstamme am 30. Jan. 31. März 29. April 29. Mai 28. Juni 24. Sept. 22. Nov. Proz. Proz. Proz. Pioz. Proz. Proz. Proz. 0,503 0,467 0,466 0,411 0,383 0,475 0,452 an Asche. Auch für die Eiche fand Dittmann nur kleine Schwankungen: l.I. 31. III. 29.IV. 29. V. 28. VI. 27. VII. 26. VIII. 24. IX. 24. X. 22. XI. 21. XII. Proz. Proz. Proz. Proz. Proz. Proz. Proz. Proz. Proz. Proz. Proz. 0,489 0,509 0,518 0,477 0,455 0,450 0,512 0,473 0,524 0,475 0,482 aus denen man kaum irgend eine Folgerung ziehen kann. Doch treten Steigerungen des Holzaschengehaltes im Frühling auch in Analysen von ScHROEDER (8) hervor. Für Picea excelsa ergab sich im April August November Februar Proz. Proz. Proz. Proz. Außenholz 0.226 0,229 0,252 0,199 Asche Innenholz 0.201 0,224 0,236 0,189 „ Gesamtholz 0,213 0.223 0,243 0,194 „ Wassergehalt des frischen Holzes 43,55 39,84 41,29 39,51 1) ScHROEDER, Forstchem. und pflanz.physiol. Unters., Heft 1 (1878). — 2) SCHROEDER, zit. in WoLFF, I, 122. — 3) Pigorini, Arch. farm. sper., 2j, 187 (1917). — 4) Wittstein, Hennebergs Journ. Landw. (1855). — 5) R. Weber, Forstl. Blätter v. Grunert (1876), p. 257. — 6) Staffel, Liebig-Kopps Jahresb. Chem (1850), Tab. D. — 7) G. Dittmann, b. Wolff, 1. c, 2. 71. — 8) J. Schroedpr, Tharandter forstl. Jahrb., 24, 177 (1874); I'orstchem.u. pflanz. phys. Unters., Heft 1 (1878). § 2. Die Mineralstoffe des Holzes der Bäume. 403 Bei Acer platanoides enthielt das Stammholz am am 18. Mai 0,292% Aschenstoffe. Bei Populus tremula fand v. Branke am meisten Aschenstoffe im Winterholze, im Sommer erfolgte eine Ver- minderung, im Herbste trat im Splint bereits wieder Vermehrung des Aschen- gehaltes ein; im Kernholze war dieser Übergang unbestimmt. Nach diesen Angaben würden hier die Aschenstoffe der Reservematerialien (K, PO4, Mg) für die gesamten Mengenverhältnisse entscheiden. Natürlich ist in diesen und anderen Fällen auch die Translokation der in den holzigen Achsen gespeicherten Reservematerialien mit ihren Aschenstoffen mit zu berück- sichtigen. Die Bewegung der einzelnen Aschenstoffe während des jährlichen Vege- tationsganges von Fraxinus excelsior wird durch nachstehende Analysen- tabelle von Ramann und Gossner (1) veranschaulicht. K,0 Na,0 CaO MgO Mn30, Fe,0, P,0, SO, Cl SiO, N Oktober . 7,49 0,31 9,24 2,25 0,27 1,13 2,64 1,14 0,20 6.47 9,18 Dezember 7,48 0,57 7,66 1,97 0,13 1,98 3,15 0,79 0,19 2,76 8.73 April . . 8,96 0,58 8,09 2,02 0,06 0,57 1,50 0,51 0,21 1,79 8,74 Juni . . 6,06 0,79 6,88 1,66 0,08 0,67 2,19 0,64 0,18 2,54 4,(J0 Die Fortsetzung dieses Versuches durch Bauer (2) ergab, daß bis 21.' Mai Stamm und Wurzel 46% des in den Blättern vorhandenen KgO geliefert hatten und 54% aus dem Boden neu aufgenommen war; von CaO stammten 86% aus dem Boden, vom MgO und N 40%. Am 9. Juli ergab sich eine sehr starke Ca- und Si-Aufnahme durch die Blätter, sie enthielten nun mehr Ca als K. Bis 17. September ging K und N noch weiter zurück und Ca und Si stiegen. Wie verschieden sich selbst die naheverwandten einheimischen Coniferen hinsichtlich der Mineralstoffaufnahme verhalten, geht aus der nachfolgenden Zusammenstellung von Ramann und Bauer (3) hervor: Aufnahme Febr. bis Mitte Mai Mitte Mai b Mitte Juli is Mitte Juli bis Mitte Sept. Mitte Sept- bis Ende Nov. Larix decidua K,0 CaO schwach schwach sehr stark mäßig mäßig sehr stark gleichmäßig bis zum September keine schwach schwach keine keine keine sehr stark Pinus silvestris &8 keine keine keine keine mäßig keine schwach schwach stark mäßig mäßig stark keine mäßig mäßig keine Picea excelsa K,0 CaO pT schwach mäßig keine keine stark stark mäßig mäßig mäßig sehr stark mäßig mäßig mäßig keine keine keine Abies pectinata K,0 CaO MgO PO, stark keine mäßig keine gleichmäßig schwach mäßig mäßig bis zum November mäßig keine mäßig mäßig keine KÜBLERS Versuche (4) an 2 jährigen i^flanzen von Fagus silvatica lehrten gleichfalls, daß erst von Mitte Juli an die Mineralstoffe des Bodens 1)E. Ramann u. H. Gossner, Landw. Vers.stat., 70, 117(1911).- 2) II. Haukk, Naturw. Ztsch. Forst- u. Landw. (1911), p. 409. - 3) E. Ramanx u. H. Baukr, Jahrb. wiss. Botan.. 'io, 67 (1911). — 4) W. Küni.EU, Nalurw. Ztsrli Korst- u. I.andw. w, 161 (1912). 26* 404 Vierundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel in den oberird. Achsenteilen. erheblich ausgenutzt werden und früher sich erst die Reserve Vorräte des Stammes erschöpfen; Ca und Mg stehen hierbei in vicariierendem Verhältnis. Was die Rolle von Ca, Mg, PO4 im Cambium anbelangt, so erfuhr Sieber (1), daß während der Knospenbildung der Kalk sehr abnimmt, dabei der Aschengehalt, wahrscheinlich durch Kalivermehrung, steigt. Während der Assimilationszeit steigt Ca wieder an und kann sieh im Laufe des Sommers verdoppeln. Der Mg- Gehalt ist unabhängig von der Gesamtasche, doch proportional der Trockensubstanz; Beziehungen zum Ca-Gehalt sind nur in geringem Maße, die Relation zur PO4 deutlich ausgeprägt. Der Kali geh alt der Holzasche schwankt je nach der Pflanzenart innerhalb sehr weiter Grenzen. Dabei spielt natürlich der relative Gehalt an Kalk und deren Mineralstoffen eine wichtige Rolle. Kalireiches Holz besitzen Abies pectinata (bis 44,62%), Juglans nigra (bis 39%), Rubus fruticosus (29%), Quercus (39%), Fagus silvatica (bis 38% der Reinasche). Werte zwischen 10—20% werden aber viel häufiger gefunden, auch weniger als 10%; Werte von weniger als b% KgO in der Reinasche werden wiederum selten gefunden. Nach den Feststellungen von Schroeder an Fichtenholz ist hier fast % des Gesamtkali durch Wasser aus dem Holze extrahierbar, findet sich also in Form von wasserlöslichen anorganischen und organischen Ver- bindungen. Weitere Erfahrungen müssen erst zeigen, ob dieses Verhältnis allgemeiner zutrifft. Das Splintholz pflegt in seiner Asche meist mehr Kali zu enthalten als das ältere Holz, doch fehlt es diesbezüglich nicht an Ausnahmen. Als Zahlenbeispiele mögen dienen: Kaligehalt in Splint in Kernholz bei Larix .... 28,17 12,49% der Reinasche Olea europaea . . 13,0 20,94% „ Betula alba . . . 20,78 10,11% „ Fagus silvatica . . 24,42 26,83% „ Quercus 50 Jahre 36,66 26,17% „ ,, 0^:0 ,, 32,41 48,02% „ und so gab auch Daube (2) an, daß das Kernholz von Lärche, Kiefer, Eiche, Buche und Fichte ärmer an Kali sei als der Splint, während Weber (3) im Gegensatz hierzu bei der Rotbuche eine starke Zunahme des Kaligehaltes im Holze vom Splint gegen den Kern zu konstatierte. Worauf die Kali- ansammlung im Kernholze beruht, ist noch nicht sichergestellt. Bei Larix fand aber auch Weber (4) im Splint mehr Kali als in dem Kernholze : Kern- holz 0,210% und 0,123%, Splintholz 0,707% und 0,645% KgO in der Rein- asche ; hier ist übrigens auch der Kalkgehalt im Kernholze nicht relativ so groß, als daß die Differenz im Kaligehalte auf diesen Faktor zurückgeführt werden könnte. Bei Buchen, die reichlich Samen produzieren, fand Weber (5) den Splint besonders reich an Kali und Mg, während der P04-Gehalt sich gegen spärlich fruktifizierende Bäume nur wenig unterschied. Einer Klärung bedarf auch noch die Differenz im Kaligehalte des Holzes aus verschiedenen Regionen des Baumes. Bei Abies pectinata fand 1} F. W. Sieber, Verhandl. phys.-med. Ges. Würzburg, 4', H (1912). — 2) W. Daube, Forstl. Blatt., 7, 177 (1883). Vgl. auch Ramann, Ztsch. Forst- u. Jagdwes. (1883), p. 1. — 3) Weber, Botan. Zentr., 32, 314 (1887). — 4) R. Weber, Forstl. nat.wiös. Ztg., 2, 209 (1893). — 5) Weber, Ebenda, /, 13 (1893). § 2. Die Mineralstoffe des Holzes der Bäume. 405 SCHROEDER im Stammholze am meisten KgO (44,62% der Reinasche) im Gipfelholze 35,12%, im Holze älterer Äste 28,91%. Bei Picea excelsa waren erhebliche Differenzen überhaupt nicht zu konstatieren. Hingegen fand Schütze (1) bei Pinus silvestris im Wurzelstück 17,34%, im Stamm in Brust- höhe 12,31%, in der Stammitte 12,03%, im Gipfel 16,08%, im Astholze 25,71% der Holzasche an KgO; hier tritt eine Steigerung des Kaligehaltes nach den jungen Teilen des Holzes zu deutlich hervor. Dasselbe ist übrigens auch der Fall in älteren bei Wolff (1. c, Bd. I, p. 122) mitgeteilten Analysen des Birkenholzes von Malaguti-Durocher und Berthier. Die von Staffel, Schroeder und anderen Autoren beobachtete Ver- mehrung des Kaligehaltes des Holzes im Frühjahr kann mit der Lösung der Reservestoffe und deren Translokation in Zusammenhang gebracht werden. So enthielt das Holz von Aesculus am 6. Mai 64,19%, am 1. Sep- tember 19,42% der Reinasche an Kali, Juglans am 31. Mai 42,74%, am 27. August 15,29% Kali; Acer platanoides am 5. April 30,46%, am 18. Mai 19,91% in der Holzasche. In den von Dittmann für Eiche und Rotbuche mitgeteilten Zahlen sind hingegen die Schwankungen (vielleicht durch Kom- pensation mehrerer Umstände) sehr gering. Wie Schroeder zeigte, ist die Kalizunahme im Splint im Frühjahr größer als die Zunahme im Innenholze. Fichtenholz enthielt in April August November Februar Außenholz 23,36 17,81 21,22 22,12% KjO in der Reinasche Iimenholz 18,25 17,27 15,25 18,20% „ „ „ Das sommerUche Minimum des Kaligehaltes in der Holzasche fand von Branke auch bei Populus tremula wieder. Der Natrongehalt der Holzasche ist meist wohl recht gering: 14 bis 2%. Er steigt bei Prunus avium bis auf 10,13%, Ulmus campestris 13,72%, Sorbus Aria 15,93% (2), bei Prosopis Algarobilla bis 12,45%, Machaerium fertile 11,26% [Siewert (3)] ; Holz von Pinus montana ergab in einer Analyse von Wittstein (1850) (4) sogar 24,46% NajO in der Asche-; hm- gegen fand Siewert in der Asche des Holzes von Tectona grandis nur 0,04% NagO. Die bezüglich des Kaligehaltes im Holze festgestellten Schwankungen in der Quantität ließen sich für Natron nicht eruieren. Kernholz scheint meist weniger Natron zu führen als Splintholz. In Schroeders Auslaugungs- versuchen enthielt Fichtenholz vor der Extraktion mit Wasser 1,67% NaaO, ausgelaugtes Holz 2,74%; im Extrakte waren nur 4,12% des veraschten Rückstandes an Natron zugegen: es scheint also ein erheblicher Teil des Natrongehaltes mit Wasser nicht extrahierbar zu sein. Die individuellen Schwankungen des Natrongehaltes der Holzasche sind übrigens sehr groß. Kalk prävaliert meist unter den Aschenbestandteilen des Holzes und macht sehr häufig über % des gesamten Hoizaschengewichtes aus, indem oft 60-78% CaO in der Reinasche von Holz gefunden werden. Die meisten Hölzer sind entschieden kalkreich zu nennen, doch gibt es auch b(nräohthrh kalkärmere Holzarten. Zu den kalkreichen Holzpflanzen gehören (nach Wulffs Zusammenstellungen) : 1) W. Schütze, Ztsch. Forst- u. Jagdwes., 8, 371 (1876). - 2) Nach ftlteren Analysen mitgeteilt von Woi.ff, /. 129. - 3) M. Siewkrt. in Wot-ff, 2. 105. - 4) Vgl. Wokff, /, 126. 406 Vierundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel in den oberird. Achsenteilen. Tilia grandifolia . . Robinia Pseudacacia Citrus Aurantium . Sorbus aucuparia Fraxinus excelsior . Populus tremula . . Ulmus campestris . Fagus silvatica . . . Quercus pedunculata Caesalpinia Sappan . Kalkarmes Holz besitzen: 75,92 % CaO in der Reinasche 58,30% „ 68,88% „ 76,13% „ 62.14% „ 66,5 % „ 77,31 % „ 60,25 % „ 76,27 % „ 77,77 % „ Rubus fruticosus . Abies pectinata . . Tectona grandis . Machaerium fertile Picea excelsa . . . 29,57 % CaO 10,17% „ 31,35 % „ 22,13% „ 29,41% „ Über die Quantitätsschwankungen, welche der Kalkgehalt im Holze der- selben Pflanzenart zeigen kann, geben nachstehende, ebenfalls dem Werke von WOLFF entnommene Beispiele Aufschluß. Fagus silvatica: 10— 20jähr. Stammholz ohne Rinde 26,3—33,5% 50-90jähr. Scheitholz 36,2-49,5% Quercus pedunculata: 15— 25 jähr. Stammholz ohne Rinde 19,0-27,6% Betula alba: Holz ohne Rinde 19,5-45,8% Pinus silvestris: Scheitholz 41,5—62,1% Larix decidua: Stammholz ohne Rinde 33,7—61,9% Picea excelsa: „ „ ,, 26,3-39,8% CaÜ in der Rein- asche Ein vikariierendes Verhältnis des Gehaltes an Kalk zum Gehalte des Holzes an Kieselsäure ergab sich nur in einzelnen Fällen, auf welche noch zurück- zukommen sein wird. Als wichtiger Membranstoff (,, Gerüstsubstanz") und als ein Stoff, welcher bei der ,,Verkernung" des Holzes hervorragend beteiligt ist, findet sich Kalk meist weitaus reichlicher im älteren Holze als im Sphnt. Nach Daten der WoLFFSchen Zusammenstellungen enthalten: I bei Larix Kernholz 49,27 Splintholz 39,09 II III IV Betula P'agus 220 ann. Quercus 345 ann. 49,82 42,55 23,78 41,11 34,67 25,12 V 50 ann. 36,89 % CaO 26,40% „ So wie der sub IV angeführte Fall von Quercus, ergab auch eine von Weber für Larix angestellte Analyse, daß in selteneren Vorkommnissen der Sphnt sogar etwas kalkreicher sein kann als die alten Holzschichten. Die Untersuchungen von Molisch (1 ) über das Holz der Ebenaceen und über die Ablagerung von Calciumcarbonat im Stamme dicotyler Holz- gewächse haben auf die weitverbreitete Erscheinung aufmerksam gemacht, daß im Kernholze und im Wundholze vieler holziger Dicotyledonen die 1) H. Molisch, Sitz.ber. Wien. Ak., 8o (1879); 83 (1881); Botan. Zentr. (1881), I, 425. Vgl. auch Kohl, Kalksalze u. Kieselsäure (1889), p. 113; P. Melnikoff, Dissert. Bonn (1877). § 2. Die Mineralstoffe des Holzes der Bäume. 407 Gefäße mit dichten Füllmassen von kohlensaurem Kalk erfüllt sind, welche im Querschnitte oft sphäritartige Struktur zeigen. Solches krystallinisches Calciumcarbonat findet sich aber auch in Tracheidon, Holzfasern und Parenchymzellen des Kernholzes. Zunächst bildet sich die Verkalkung als dünne Schicht an der Zellwand aus, bis sie als solide Thrombose das Zell- lumen völlig verlegt. Hart(1) fand in Rissen und Sprüngen des Stammes von Hieronyma alchorneoides Ablagerungen, welche zu 86% aus kohlensaurem Kalk be- standen. Daß die im Holze vorkommenden Kalkverbindungen wasser- unlöslich sind, geht auch ous den Auslaugungsvorsuchen von Schroeder hervor; nicht ausgelaugtes Fichtenholz enthielt 32,06%, ausgelaugtes Holz 38,35%, der Rückstand des Wasserextraktes aber 5,63% seiner Asche an CaO. Die Beobachtungen über den Kalkgehalt des Holzes in verschiedener Höhe des Baumes entsprechen meist dem verschiedenen Alter und der un- gleichen Verkernung des Holzes. So ergab sich für: Pinus silvestris Ferner für Picea excelsa Abies pectinata Wurzelstück 36,38% Stammholz 39,82% 10,17 % Stamm in Brusthöhe 54,96 % Stammitte 59,48 % Gipfel 52,62% Astholz 26,17% CaO Gipfel Astholz 34,43 % 38,73 % CaO in der Reinasche 12,10% 13,52% „ „ „ doch fehlt es, wie der Fall von Abies zeigt, auch an entgegengesetzten Be- funden nicht, welche noch schwer zu deuten sind. Von analytischen 'Ergebnissen über den Kalkgchalt des Holzes ver- schieden alter Bäume seien nachstehende angeführt: 10 15 20 25 40 50 135 172 345 Jahre alt Fagus silvatica, ent- rindeter Stamm . Quercus .... Picea excelsa . . 27,49 • 28,37 • 27,35 27,50 • ■ % CaO • 27,58 • 24,51 • 36,89 • • 23,78% „ 46,49 47,84 29,41% „ Danach scheint sich bei der Gesamtholzanalyse der Kalkgehalt kaum in bestimmter Richtung mit dem Alter des Baumes zu verändern. Bei den bereits zitierten Untersuchungen über die Aschenstoffe des Holzes zu verschiedenen Jahreszeiten (Staffel, Schroeder, Dittmann) ergab sich mehrfach in Verbindung mit dem Anschwellen des Gehaltes des Holzes an anderen Aschenbestandteilen zur Zeit der lebhaften Stofftrans- lokation im Frühling eine Senkung des relativen KalkgehalLes, doch war in den von Dittmann untersuchten Rotbuchen- und Eichenstämmen dieses Verhältnis nur schwach oder gar nicht ausgeprägt. In den Analysen Schroe- DERS von Fichtenholz tritt die Senkung des Kalkgehaltes im August hervor, stärker im Außenholze als im Innenholze: April August November Februar Außenholz 32,62 24,31 32,04 32,66% CaO Innenholz 34,23 28,26 39,24 34,14% „ vielleicht spielt hierbei die Neubildung zahlreicher noch kalkarmer Zell- membranen im Holze eine Rolle. 1) Hart, Ann. of B«tan., /, 361 (1887). 408 Viorundfünfzigstes Kapitel : Der Mineralstoffwechsel in den oberird. Achsenteilen. Der Gehalt der Holzasche an Magnesia beträgt in der Regel 5—10% oder etwas mehr. Höhere Werte führt Wolff an für das Holz von Rubus „fruticosus" (15,81%), Betula (bis iS>%), auch bei der Eiche wurden Zahlen von 15-23% MgO gefunden, bei Larix bis 24,51%. Nach Councler(I) enthält aber Lärchenstammholz immer 11% MgO, Abies pectinata und Picea excelsa immer weit unter 10% MgO (6,53 und 6,41%). Im allgemeinen sind abnorm hohe und tiefe Werte für Mg nicht häufig. Unter 1 % Mg enthält die Asche des Holzes selten: Fagara Coco (0,37%), Acacia Cebil (0,94%). Der Magnesiagehalt von Splintholz und Kernholz weist kaum aus- gesprochene Differenzen in konstanter Richtung auf. Es wurde gefunden in Quercus -j o^k „„ K^A „„« lo- 345 ann. oU ann. Proz. Proz. 5,57 2,35 MgO in der Reinasche 7,65 5,62 „ „ „ Doch fand Weber auch in zwei Analysen von Lärchenholz den Splint Mg reicher als das Kernholz (0,202 und 0,132% im Kernholze, 0,293 und 0,182% im Splint). In einer Anzahl von Bestimmungen ergab sich schwach ausgesprochener Mehrgehalt an Magnesia im Holze des Gipfelteiles und der Äste gegenüber den unteren Stammpartien des Baumes: Larix Betula raguB 220 ann Kernholz Splint Proz. 13,40 7,99 Proz. 11,98 11,10 Proz. 19,50 20,10 Stamm Gipfel Astholz Fichte 9,35 % 9,84% 11,39% MgO in der Reinasche Tanne 8,84 % 9,26% 9,41% „ „ „ „ (: (SCHROEDER). Bei den durch Schütze an Holz von Pinus silvestris ermittelten Zahlen tritt jedoch dieses Verhältnis nicht zutage. Deshalb läßt es sich auch nicht angeben, ob in den anderen Fällen Mehrgehalt an Eiweiß und Protoplasma in den oberen Teilen des Holzkörpers das Plus an MgO bedingt oder nicht. Bei der Analyse des Gesamtholzes verschieden alter Bäume ergab sich eben- falls keine in konstanter Richtung verlaufende Veränderlichkeit des Magnesia- gehaltes. Bei Fagus wurde ein Ansteigen des MgO- Gehaltes mit dem Alter des Holzkörpers beobachtet, bei Quercus und Picea aber ein Fallen. FagUB silvatica Proz. Quercus pedunculata Proz. Picea excelsa Proz. 10 Jahre 12,40 MgO 20 „ 11,95 „ 40 „ 14,54 „ 50 „ 13,36 „ 220 „ 19,50 „ 15 Jahre 13,40 MgO 25 „ 11,60 „ 50 ,; 5,57 „ 345 „ 2,35 „ 135 Jahre 8,82 MgO 172 „ 4,65 „ 220 „ 6,30 „ In den mehrfach erwähnten Aschenanalysen des Holzes einer Baum- art zu verschiedenen Jahreszeiten finden sich meist Hindeutungen, daß zur Zeit lebhafter Stoffbewegung im Holzkörper im Frühjahr eine Steige- rung des Magnesiagehaltes gefunden wird. Dies ist auch aus den von Ditt- MANN mitgeteilten Zahlen für Eichenholz zu ersehen, wo wenigstens ein schwaches Maximum Ende Mai gefunden wurde; bei Fagus trat aber dieses Verhältnis nicht hervor. Nach Schroeders Erfahrungen partizipiert in 1) G. CouNCLER, Just (1886), I, 161. § 2. Die Mineralstoffe des Holzes der Bäume. 409 erster Linie die äußere Partie des Holzkörpers an dieser MgO- Vermehrung. Bei Picea excelsa ergab sich April August November Februar in Außenholz 10,44 7,89 9.37 9,47 % MgO in der Reinasche „ Innenholz 13,07 14,94 12,77 13,40% „ „ „ Durch Extraktion mit Wasser konnte Schroeder dem Fichteu- holze nur sehr wenig Magnesiumverbindungen entziehen. Die Asche nicht ausgelaugten Holzes ergab 13,38% MgO, jene des ausgelaugten Holzes 15,89% MgO, die Asche des Extraktrückstandes enthielt nur 2,98% MgO. Diese Versuche würden passend erweitert und zu verschiedenen Vegetations- stadien an vergleichbarem Material angestellt noch ein zutreffenderes Bild von der physiologischen Rolle der Magnesiumverbindungen im Holzkörper abgeben können. Der Eisengehalt des Holzkörpers übersteigt in zahlreichen Fällen nicht die Grenzen, welche der Eisengehalt jugendlicher Pflanzengewebe erreicht und bewegt sich zwischen 0,5 und 0,8*^{, der Rcinasche. Doch gehl er andererseits nicht selten bis auf mehrere Prozente der Reinasche hinauf: Olea europaea 2,11%; Citrus Aurantium 3,08%; Acacia Cebil 5,1%; Aspido- sperma Quebracho 2,41%; Jodina rhombifolia 2,45%; Tecoma radicans 2,48%; Cedrela brasiliensis 5,57%; Buxus 3,82%; Populus virginiana 4,47%; Sorbus aucuparia 3,24% FcgOg. In einem Falle wurde in Fichtenholz sogar 10,07% FegOg in der Reinasche angegeben (Wolff, 1. c). Wasserlöslich ist nur ein geringer Teil des im Holze vorhandenen Eisens. Schroeder fand in nicht ausgelaugtem Fichtenholze 6,33%, in ausgelaugtem Holze 7,38%, im Wasserextrakte nur 2,38% der Asche an Eisenhydroxyd. Das Kernholz kann anscheinend entweder eisenreicher oder auch eisenärmer sein als das Jungholz. Als Zahlenbeispiele seien angeführt: Larix Betula Fagus ^^^'jj^^d. 345 ann. Proz. Proz. Proz. Proz. Proz. Kernholz 4,78 1,26 1,13 1,63 1,69 FcgOg in der Reinascho Splint 4,15 1,43 2,11 1,42 2,30 „ „ „ Über den Eisengehalt des Holzes aus verschiedenen Teilen der Bäume geben nachstehende Daten Aufschluß: Stamm Gipfel Astholz Fichte 0,79% 1,22% 0,96% FejOg in der Reinaschc Tanne 0,81% 0,65% 1,05% „ Fichtenholz, von Schroeder zu verschiedenen Jahreszeiten analysiert, ergab : April August November Februar in Außenholz 0,72 % 1,42 % 0,36 % 1,62 % FegOg in der Reinasche „Innenholz 0,51% 1,10% 0,70% 0,10% „ , Bestimmte Schlüsse lassen sich aus alledem nicht ableiten, tjber Eisengehalt des Holzes sind endlich Angaben von Molisch (1) zu vergleichen 1) H. Molisch, Die Pflanze u. d. Eisen (1892), p. 48. 410 Vierundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralatoffwechsel in den oberird. Achsenteilen. Häufig zu findende, aber nicht regelmäßig vorkommende Bestand- teile der Holzasche sind Tonerde und Mangan. Beide machen meist nur bis 0,5—0,9% der Reinasche aus. Viel Tonerde ist in dem sehr aschenreichen Holze von Robinia Pseudacacia vorhanden, jedoch nicht regelmäßig (Ramann und Will (1). Nach H. G. Smith (2) ist die austraHsche Proteacee Orites excelsa dadurch merkwürdig, daß im Stamm viel basisches Aluminium- succinat abgelagert ist; die Holzasche enthält nicht weniger als 79,61% AI2O3. In Grevillea wurde keine Tonerde gefunden. Weber (3) fand im Eichenholz bis über 3% MugO^ und 2,29% AI2O3 in der Reinasche; nach Dittmann (4) erreicht der Mangangehalt bis 5,2%. In Buchenholz fand Dittmann 4,85-7,74% Mn304, neben 0,1—1,45% Eisenhydroxyd. Sehr manganreich erwies sich in Analysen von Schroeder(5) Birkenholz mit 10 — 18,36% Mn304, weitaus mehr als das gleichzeitig vor- handene Eisen. Aber auch bei solchen Hölzern kommt in anderen Fällen sehr niedriger Mangangehalt vor. Dittmann fand das Stammholz der Birke viel eisen- und manganreicher als das Astholz. Vom gesamten Eisengehalt des Baumes entfallen 23,3%, vom gesamten Mangangehalt 38,8% auf das Stammholz und etwa ebensoviel auf die Stammrinde. Nach Schroeder (6) ist das Fichtenholz sehr manganreich und lieferte in dem untersuchten Falle 22,47% der Reinasche an Manganoxyduloxyd; auch hier beherbergt das Stammholz den größten Teil der Manganmenge. In Abies pectinata- Stammholz fand Schroeder jedoch die höchsten Werte für Mn304: bis über 40% der Reinasche. Guerin (7) gibt an, daß man durch Extraktion von Holzmehl mit verdünnter Alkalilauge und. durch schwaches Ansäuern des erhaltenen Extraktes eine manganreiche Fällung eines nucleinartigen Stoffes erhält, und glaubt, daß im Holze manganhaltige Nucleinsäuren anwesend sein dürften. Weitere Untersuchungen hierüber liegen nicht vor. Forch- hammer (8) fand im Eichenholze Kobalt und Nickel, und ferner in einigen Holzarten Zinn. Einen sehr auffallenden Befund verzeichnet Frank - forter (9): das Vorkommen von Körnchen fast reinen metallischen Kupfers in den 5 —6 letzten Jahresringen des Stammes einer amerikanischen Eichenart 1 Phosphorsäure ist im Holze stets in geringerer oder größerer Menge zugegen. Die quantitativen Werte fallen sehr verschieden hoch aus. Häufig ist nur 3—4% der Reinasche an PjjOg zugegen, in vielen Fällen zwischen 5 und 10%. Eine Reihe von Befunden weist aber viel höhere Zahlen für den Phosphorsäuregehalt der Holzasche auf. Teils beruhen diese Schwan- kungen unstreitig auf reichlicher Gegenwart von Reserveproteiden und von löslichen organischen und anorganischen Phosphorverbindungen, teils werden sie aber auf ganz anderem Wege zustande gebracht. So konnte Thoms (1 0) für das Teakholz (Tectona grandis) zeigen, daß die Zellen des Holzkörpers allenthalben Konkretionen aus phosphorsaurem Kalk führen, so daß der Gehalt der Reinasche dieses Holzes an Phosphorsäure bis 29,61%, an Kalk bis 31,35% hinaufgeht. Thoms nimmt an, daß diese Ablagerungen aus 1) E. Ramann u. H. Will, Ztsch. Forst- u. Jagdwesen (1883), p. 91 u. 244. — 2) H. G. Smith, Proc. Roy. Soc. N. Sth Wales (1903). — 3) R. Weber, Forstl. Blätter (1876.;, p. 257. — 4) Dittmann, zit. bei Wolff, 1. c, 2, 72. — 5) J. Schroeder, Forstchem, u. pflanz.phys. Unt., / (1878). — 6) Schroeder, Tharandter forstl. Jahrb., 24, 257 (1874) ; auch Sertz, Mitteil. kgl. sächs. forstl. Versuchsanstalt Tharandt, I, 4 (1917). — 7) G. GüERiN, Compt. rend., /2j, 311 (1897). — 8) Forchhämmer, Lieb. Ann., p5, 86 (1855). — 9) G. B. Frankfurter, Chem. News, 79, 44 (1899). — 10) G. Thoms, Landw. Versuch.stat., 23, 413 (1879); ferner Wichmann, Kgl. Ak. Wet Amsterdam, Afd., 27, 593 (1919). § 2. Die Mineralstoffe des HolzeB der Bäume. 411 löslichem Kalkphosphat, welches dem Boden entstammt, gebildet werden, doch ist die Entstehung dieser Phosphatablagerungen bisher kaum genügend sicher erklärt worden. Weitere hohe Phosphorsäurewerte wurden angegeben für die Asche des Holzes der Eiche (bis 22%), Acer platanoides (20,5%), Machaerium fertile (20,66%), Sapium aucuparium (19,47%), Rubus Idaeus (23,61%), Populus alba (15,2%), Rosa canina (16,10%) und andere Fälle. Aus Fichtenholz ist nach Scuroeders Befunden weitaus der größte Teil der Phosphorsäure mit Wasser nicht extrahierbar. Nicht ausgelaugtes Holz enthielt in der Asche 1,30%, ausgelaugtes Holz 1,09% Phosphorsäure und die Asche des Extraktrückstandes wies nur 1,41% Phosphorsäuregehalt auf. In diesem wie in anderen Fällen bleibt noch sicherzustellen, in welchen Formen die Phosphorsäur« hauptsächlich zugegen ist. Das Splintholz zeigt meist ausgesprochenen Reichtum an Phosphor- säure gegenüber dem Kernholze: Fagus220ann. QuercusöOann. id.345ann. Proz. Proz. Proz. 4,54 5,88 2,57 P^Oj 13,21 14,28 9,27 „ Ob der Fall von Betula eine Beteiligung von Phosphaten im Verkernungs- prozesse betrifft, ist nicht bekannt. Bei Tectona würde wohl noch ein be- deutenderes Überwiegen des Kernholzphosphorsäuregehaltes gegenüber dem Phosphorsäuregehalt des Splintes sich herausstellen. Welche Phos- phate und gepaarte Phosphorsäuren im Splinte besonders vorkommen, ist noch nicht näher festgestellt. Bei der Untersuchung verschiedener Regionen des Holzkörpers eines Baumes ergab sich ausgesprochener Mehrgehalt an Phosphorsäure in den splintreichen oberen Partien des Holzkörpers: Larix Betula Proz. Proz. Kernholz 3,71 16,59 SpHnt 12,03 11,04 Stamm Gipfel Astholz Weißtann(> 5,05% 7,22% 11,10% PaOg Fichte 2,49% 4,65% 1,98% „ Pinus silvestris, Wurzelstück: 7,55%; Stamm in Brusthöhe 5,99%; Stamm- mitte 6,17%; Gipfel 8,34%; Astholz 11,60% P2O5 in der Reinasche. Korrespondierend damit wird bei der Gesamtholzanalyse verschieden alter Bäume bei jüngerem Stammholze mehr Phosphorsäure in der Asche gefunden. Zu verschiedenen Jahreszeiten angestellte Holzanalysen ergaben in der Regel ein Ansteigen des Phosphorsäuregehaltes zur Zeit der leb- haftesten Vegetation und Wachstumstätigkeit. So fand Schroeder (1. c.) bei Acer platanoides am 5. April 20,5% P2O5 im Holze, am 18. Mai 14,7%. DiTTMANN konstatierte in Buchenstämmen ein deutliches Maximum des Phosphorsäuregehaltes der Holzasche Ende Mai, ein zweites aber im Winter (Januar), welches auf die Speicherung von Reservestoffen zu beziehen wäre. Für Eichenholz ergaben sich die maximalen Werte im Juni und Juli. 30.1. 31. III. 29. IV. 39. V. 28. VI. 27. VII. 26. VIII. 24 IX. 24. X. 22. XI. 21. XII. In Prozenten Fagus 16,31 14,43 10,96 16,50 13,81 . . 13,28 13,45 Quercus 14,46 17,26 16,75 20,29 21,29 22,07 18,97 17,70 16,13 12,68 16,69 Aesculusholz enthielt am 6. Mai 19,02%, am 1. September 21,73^^o Phos- phorsäure; Juglans am 31. Mai 14,89%, am 27. August 12,21% Phosphor- säure (Staffel). Schroeder (1. c.) fand bei Picea excelsa im 412 Vierundfünfzigstes Kapitel : Der Mineralstoffwechsel in den oberird. Achsenteilen. April August November Februar im Außenholz 3,19 4,18 4,73 3,74 % Phosphorsäure in der Asche „ Innenholz 0,34 0,35 0,41 0,35% „ „ „ Hier scheint die Speicherung von Phosphorverbindungen im SpHnt im Herbst ihren Ausdruck zu finden. Der Sehwefelgehalt der Holzasche beträgt (als SO3 berechnet) in der Regel nicht mehr als 3—4%, aber oft auch weniger als 1%. Über 4,5% Schwefelgehalt gehört schon zu den selteneren Befunden. Derartige Fälle liegen u. a. vor beim Holze von Prunus Mahaleb (6,94%); Sapium aucu- parium (5,22%), Acer platanoides (4,62%), Quercus pedunculata (bis 5%, aber meist weniger), Morus alba (9,82%) und Pinus Strobus (10,29%). Über die Bindungsform des im frischen Holze enthaltenen Schwefels ist nichts bekannt. Auslaugen ließ sich in den Versuchen Schroeders mit Fichtenholz nur eine sehr geringe Quantität von Schwefelverbindungen. Das Splintholz scheint in der Regel etwas höheren Schwefelgehalt aufzu- weisen als das Kernholz; wahrscheinlich ist daran der Gehalt an lebenden Zellen mit ihren Eiweißsubstanzen beteiligt. Die Kieselsäure schwankt bei den meisten Holzarten sehr in ihrer Quantität. Ganz fehlt sie wohl nie; die häufigsten Werte bewegen sich zwischen 1 —3% der Reinasche. Doch gibt es eine Reihe von Holzgewächsen, deren Stammholz eine sehr kieselsäurereiche Asche liefert: Cedrela brasi- liensis 45,87%, Gourliaea decorticans 13,95%, Celtis Tala 15,87%, Acacia cavenia 15,90%, Olea europaea 14,23%, Rubus Idaeus 7,23%, Kernholz der. Eiche bis 11,54% (meist aber weniger), Fagus silvatica bis 10,04%, Larix decidua 11%, Picea excelsa bis 36,18% (stets SiOg reich!). Lärche und Fichte zeigen nicht nur im Holze den Charakter kieselsäurereicher Pflanzen. Abies pectinata ist stets ärmer an SiO« und reicher an Kalk [CouNCLER (1)]. Im Holze von Pinus maritima fanden Fliche und Gran DEAU (2) 9,18% der Asche an Kieselsäure, bei Pinus austriaca 7,14% SiOg. Das Splintholz pflegt bei etwas kieselsäurereicheren Bäumen in der Regel viel ärmer an Kieselsäure zu sein als das Kernholz. So bei Lärche im Kernholz 10,96%, im Splint 4,92% der Asche an SiOj; bei Quercus 50 jähriger Stamm: Kernholz 11,54%, Splint l,99%Si02; 345 jähriger Stamm: Kern 5,01%, Splint 4,34% SiO.^ in der Holzasche. Ältere Stämme liefern eine kieselsäurereichere Holzasche als jüngere. Konform nimmt in den oberen Regionen des Holzkörpers der Kieselsäurogehalt gegenüber den unteren Stammpartien ab. So bekundet die Kieselsäure ihren Charakter als Membranbaustoff auch im Holze und kann, wie bei den Coniferen, hierin manchmal ein vikariierendes Verhältnis zum Kalk zeigen. Bei Verkernungs- prozessen im Holze ist Kieselsäure ebenfalls beteiligt. Sehr kieselsäurereich sind auch die Chrysobalaneen in ihrem Holzkörper, von dem mir jedoch Aschenanalysen nicht vorliegen. An dieser Stelle sei auch der eigentümlichen, nach älteren und neueren Analysen (3) aus fast reiner Kieselsäure bestehenden Füllmassen der Inter- nodienhohlräume indischer und chinesischer Bambusen gedacht: Tabaschir, über dessen Eigenschaften Cohn (4) zuletzt ausführlich berichtet hat. 1) G. CouNCLER, Just (1886), I, 161. — 2) F. Fliche u. L. Grandeau, Ann. Chim. et Phys. (1873), p. 383. — 3) John, Schweigg. Journ , 2, 260 (1811); Brewster, Ebenda, 29, 411 (1820), 52, 412 (1828); Brewster u. Turner, Pogg. Ann., 13, 522 (1828); Turner, Ann. Chim. et Phys. (2), 37, 315 (1828); Thomson, Journ. prakt. Chem., 8, 21 (1836); Foleck, Botan. Zentr., 30, 320 (1887). — 4) F. CoHN,,Beitr. Biol. d. Pfl., 4, Heft 3, p. 365 (1887); Tu. Dyer, Nature (1887), § 2. Dio Mineralstoffe des Holzes der Bäume. 413 Nach CoHN soll diese Kieselsäure aus der zur Zeit des Wachstums in den Internodienhohlräumen vorhandenen Flüssigkeit abgeschieden werden; doch ist der Bildungsprozeß wohl noch näher in der Heimat der tabasfhirliefernden Bambusen zu verfolgen. Küster (1) hat ausgeführt, daß die Tabaschir- ablagerung einen besonders extremen Fall von Massenproduktion von SiOg darstellt, welcher in seinen wesentlichen Grundzügen jedoch mit der Bildung der Kieselfüllungen im Holze von Moquilpa (Chrysobalaneae) oder den Kieselkörpern der Zellen in den Geweben von Podostemonaceen überein- stimmt. Chlor ist meist nur in sehr geringen Mengen, oft unbestimmbar kleinen Quantitäten im Holze vorhanden und macht in der Regel unter 1% höchstens 2—3% der Holzasche aus. Einzelne Fälle von bemerkens- wert hohem Chlorgehalt des Holzes ergaben sich u. a. bei Prunus Mahaleb (11,25%), Tecoma radicans (5,04%), Aesculus Hippocastanum (bis 6,05%), Morus alba (4,67%). Dies scheint mit höherem Natrongehalt nicht verbunden zu sein. Die in Salzsteppen vorkommenden Holzgewächse dürften wohl hohen NaCl- Gehalt in der Asche des Holzkörpers besitzen; Analysen liegen aber bisher nicht vor. Die Vorgänge bei der Translokation der Aschenstoffe im Holzkörper wie sie bei der Lösung der Reservevorräte zu Beginn der Vegetationsperiode, und bei der Speicherung der Reservesubstanzen am Ende der Vegetations- periode im Holzkörper erfolgen, sind noch wenig untersucht. Beachtenswert sind diesbezüglich die Erfahrungen, welche Hornberger (2) bei der Analyse des Blutungssaftes von Betula alba und Carpinus Betulus sammelte. Während der Blutungsperiode stieg der Gehalt des Blutungssaftes an Mineralstoffen an. Aus höher gelegenen Bohrlöchern wurde ein an Aschenstoffen reicherer Saft gewonnen, als aus den tiefer gelegenen Bohrlöchern. Auch war der tagsüber ausfheßende Saft reicher an Mineralstoffen ajs der während der Nacht gesammelte Saft. Der Gehalt an Kali, an Kalk und Magnesia nahm im Blutungssaft während der Periode zu. Der Saft aus den höher oben an- gelegten Bohrlöchern war reicher an Kali und auch reicher an Phosphor- säure. Diese Mineralstoffe stammen wohl aus gelösten Reservestoffvorräten im Holzkörper des Stammes, und sind nicht als Stoffe, die direkt dem Boden- substrate entnommen wurden, anzusehen. Andre (3) bestimmte wieder die in den Zweigen der Roßkastanie ent- haltenen Aschenstoffe während des Ganges der Vegetationsperiode, wobei sich folgende Zahlenwerte ergaben: 29. Juli 11. Sept. 14. Okt. 16. Nov. Zweige Blätter Zweige Blätter Zweige Blätter Zweige Trockengewicht v. 100 Zweigen u. der. Blättern 207,50 1202,30 330,80 1271,10 303,00 1410,50 329,80 GesamtaBche 10,648 85,964 14,158 97,493 14,544 115,661 14,214 SiO, 0,095 14,187 0,165 18,812 0,084 18,195 0,056 P,0; 1,369 6,492 1,786 6,228 1,848 7,332 2,044 CaO 4,274 27,292 6,549 39,785 5,938 51,201 5,804 K,0 1,763 18,876 2,249 14,236 2,575 13,400 2,671 Zu Beginn des Versuches hatten die Zweige ihr Längenwachstum bereits abgeschlossen. Blüten waren auf ihnen nicht entwickelt worden. p. 396; ROWNEY, Ito, Just (1887), II, 509. Historisches: C. Hossel'S, Beihefte Botan. Zentr. (II), jo, 88 (1913); Verh. Naturf. Ges. (1911), II, /, 407. 1) E. KÜSTER, Ber. botan. Ges., 15, 136 (1897); G. Barüagu-Pietrucci, Malpighia, 17, 23 (1903). — 2) R Hornberger, Biedermanns Zentr. Agr. Chom. (1887), p. 821. — Birkenholz enthält nach Rubner, Arch. f. Physiol.. 1915, p. 71, 8,30/0 Asche. — 3) G. Andre, Corapt rend, ij4: 1514 (VJOd). 414 Vierundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwßchsel in den oberird. Achsenteilen. Die Speicherungsvorgänge spiegeln sich insbesondere in der Zunahme an Phosphorsäure wieder und auch in der Steigerung des Kahgehaltes. § 3. Die Aschenstoffe in der Rinde der Holzgewächse. Schon Vauquelin(I) wies 1812 alle wesentlichen Aschenbestand- teile in der Rinde von Aesculus Hippocastanum nach, und seither waren viele analytische Studien den in den Baumrinden enthaltenen Mineral- stoffen gewidmet, von denen jedoch die Mehrzahl nicht von wissen- schaftlich-physiologischen Gesichtspunkten aus angestellt war. Auch hier bieten die in nicht unbedeutender Zahl vorhandenen forstbotanischen Arbeiten derzeit für unsere Zwecke das schätzbarste Material, an das sich allerdings noch viele rein physiologisch -chemische Studien anzu- reihen haben werden, ehe die Hauptgrundzüge des Mineralstoffwechsels der Baumrinden als festgestellt gelten können. Während der Umbildung der äußeren Decke der Zweige aus einem chlorophyllführenden Parenchym oder Kollenchym zu einer immer dicker werdenden Korkschicht verändert sich auch der Gehalt an Aschenstoffen in der Rinde in entsprechender Weise. Der Gesamtgehalt an Mineralsub- stanzen in Korkrinden und Borken stellt sich in der Regel erheblich tiefer als der Mineralstoffgehalt in der grünen primären Rinde, welcher den in assimilatorisch tätigen Organen vorhandenen Verhältnissen entspricht. Doch sind die Differenzen bei den verschiedenen Holzgewächsen nicht gleich groß. Die jungen Weidenrinden enthalten nach Gouncler (2) bei, Salix viminaHs 15,296%, purpurea lb,112%, purpurea-viminalis 13,038%, alba 13,88%, amygdalina 13,624%, caspica 11,585% Gesamtasche in der Trocken- substanz. In alten Rinden von Holzgewächsen ist der Aschengehalt meist auf 2—5% herabgesunken. Die Verminderung des relativen Aschengehaltes setzt sich häufig noch in mehrjährigen und vieljährigen Rinden fort. Nach den bei Wolff gegebenen Zusammenstellungen enthielten in einem unter- suchten Falle jüngere Rinden von Salix alba 4,85%, ältere Rinden 4,09% Aschenstoffe. Bei Fichtenrinden von einem 135jährigen Baume 2,02%, 172jährigen 1,57%, 220jährigen 0,94% Aschenstoffe. Die Rinde von 15- jährigen Eichen 2,74%, von 25jährigen Eichen 3,77%, von 50jährigen 8,24%, von 345jährigen 2,86%,. Eine direkte Zunahme des Aschengehaltes mit dem Alter der Rinde ergab sich bei Fagus: lOjährig 2,15%, 20jährig 3,13%, 40jährig 3,08%, 50jährig 3,47%, 220jährig 4,76% Aschengehalt. Hier spielen offenbar gegenläufige Vorgänge, wie Einlagerung von Kalk usw., eine Rolle, doch ist dies nicht näher verfolgt worden. Von unseren Coni- ferenarten besitzt nach Councler die Weißtanne die aschenärmste Rinde, reicher an Mineralbestandteilen ist die Lärchenrinde, noch reicher die Fichtenrinde.. In selteneren Fällen erreicht der Aschengehalt der Rinde 8—9% der Trockensubstanz: Punica Granatum, Prunus avium (9,76%), Ulmus campestris (9,26%). Zu den aschenärmsten Rinden dürfte jene der Birke zählen, wo die Stammrinde nur 0,38—0,70%, die Stammborke 0,73% Reinasche enthält (Wolff, 1. c). Nach Nygard (3) enthält die Trockensubstanz von Cascarilla- Rinde 11,29%, von China succirubra 2,95%, Condurango 12,32%, Cascara Sagrada 1) Vauquelin, Ann. de Chim., 83, 42 (1812). — 2) Coünci,er, Ztsch. Forst- u. Jagdwea., 18, 143 (1886). - 3) A. Nygard, Farm. Notisbl. (1909), Nr. 9, p. 12j. § 3. Die Aschenßtoffe in der Rinde der Holzgewächse. 415 8%, Eiche 8,5%, Quillaja 11,58%, Weide 5,92% Asche. Der Rindensaft von Croton echinocarpus M. A. enthielt in Bestimmungen von Peckolt (1) 79,606% Wasser und 1,285% Asche, von Johannesia princeps 40% Wasser und 10% Asche. Die Rinde der oberen Baumregionen wurde in einer Reihe von Fällen aschenstoffreicher gefunden als die Stammrinde im unteren und mittleren Teil. Doch scheint dies nicht ausnahmslos zu gelten, da wahrscheinlich Vorgänge wie Einlagerung bestimmter Mineralstoffe und andere nicht näher bekannte Prozesse dem geringeren Mineralstoffgehalte in den äußeren Schichten der Borke entgegenstehen. Den bei Wolff gesammelten Angaben seien nachstehende Daten entnommen. Quercus: 345 jähriger Baum: Stammrindenborke 2,86%; Astrinde 4,05%. Betula: Zweigrinde 3,44%; weiße Stammrinde 0,38%; Stammborke 0,73%. Picea excelsa: Stammrinde 1,376%; Gipfel 1,842%; Astrinde 2,815%; Borkenschuppen 1,45%; innere Schichten 1,98%. Doch fand Zeumer (2), daß bei der Fichte der Aschengehalt der Rinde mit der Höhe des Baumes abnimmt. Für Abies pectinata wird angegeben: Stamm- rinde 1,805%; Gipfel 1,995%; Astrinde 2,742% Aschengehalt. Nach einigen Angaben scheint der Aschenstoffgehalt jüngerer Rinden auch mit der Jahreszeit Schwankungen zu erleiden. Solche können schon (prozentisch gerechnet) durch höheren oder niederen Gehalt an organischen Reservestoffen zustande kommen, abgesehen davon, daß Ansammlung be- stimmter Mineralstoffe zu bestimmten Vegetationsstadien eine Rolle spielt. Näher analysiert sind diese Angaben noch nicht. Acer platanoides ent- hielt in der Rinde am 5. April 5,178%, am 18. Mai 5,713% Aschenstoffe. Junge Rinde von Aesculus am 6. Mai 8,68%, am 1. September 6,57% Asche: Rinde von Juglans regia am 31. Mai 8,75%, am 27. August 6,40% Mineral- stoffe (Zitate nach Wolff). Nach den vorhandenen Bestimmungen ist etwa % der gesamten in der Rinde vorkommenden Aschenstoffe in Wasser unlöslich und nur 25% bestehen aus wasserlöslichen Verbindungen. Hehner (3) fand in fünf Bestimmungen bei Zimtrinde: löslich 25,04 28,98 25,22 26,36 17,67 % der Asche jnlöslich 74,96 71,02 74,78 73,64 72,33% „ „ Frey (4) in der Rinde von Canella alba 88,4% unlösliche und 13,1% wasser- lösliche Aschenstoffe. Heckel und Schlagdenhauffen (5) in der Rinde von Sarcocephalus esculentus 16,63% wasserlösliche und 83,58% unlösliche Asche. Berthelot (6) fand im Stamm und Rinde der Eiche: lösliche SiOa 1,86% K2O 4,18% CaO 3,48 %, Asche 16 % unlösliche „ 0,85% „ 0,01% „ 1,78% Das Kali ist somit fast ganz löslich. Kali ist in jungen Rinden manchmal in sehr bedeutender Menge enthalten und bildet z. B. in junger Aesculusrinde einen Hauptbestandteil der Reinasche, bis 61 % derselben. Für Weidenrinden fand Councler 34,32% (purpurea), 32,04% (viminalis), 29,46% (rubra), 33,77% (amyg- 1) Th. Peckolt, Ber. pharm. Ges., 15, 183 (1905). — 2) Zeumer, Tharandter forstl. Jahrb., 36, 141 (1886). — 3) 0. Hehner, Pharm. Journ. (3), 10. 545 (1880). — 4) Frey, Just (1885), I, 76. — 5) Heckel u. Schlagdenhauffen, Ann. Chim. et Phys. (6j, 6, 313 (1885). — 6) Berthelot, Compt. rend., 142, 313 (1U06). 416 Vierundfünfzigstes Kapitel: Der Minoralstoffwechsel in den oberird. Achsenteilen. dalina) der Reinasche an Kali. Für mittelalte Rinden kann aber schon 20% der Asche als hoher Kaligehalt gelten und alte Stammrinden gehören zu den entschieden kaliarmen Organen. Nach Councler enthält die Stammrinde von Abies pectinata immer über 20% KgO in der Asche, bei der Fichte ist derartiger Kalireichtum selten, Lärchenrinde wies stets weniger Kaligehalt auf. Kalireich sind die meisten jungen Chinarinden des Handels (gegen 30% K2O), Ölbaumrinde (15%), Sapium aucuparium [17,6%), Linde (16,5%), Daphne Mezereum (20%). Die Rinden der meisten einheimischen Baum- arten haben 3— 5%, selten 7—8% der Asche an Kali. Die relativ sehr aschen- arme Birkenrinde enthält nicht wenig Kali: Stammrinde 8,43—10,46%, Zweigrinde 13,91% KgO. In junger Juglansrinde wurde bis 45,75% Kali gefunden. Hingegen sinkt der Kaligehalt der Asche von Bofkenschuppen der Fichte bis 3,33% und 1,06%, bei Ulmus campestris 2,22%, bei Eichen- borke bis 0,99%, Corylus Avellana 1,66%, Carpinus Betulus 2,23%. Stark verkorkte Rinden, wie diejenige von Ulmus werden frühzeitig kaliarm. Wie der Kaligehalt der Rinden mit zunehmendem Alter des Baumes sich verhält, ist aus nachstehenden Daten zu ersehen. Fichtenrinde: 135- jährige 1,06%; 172jährige 2,67%; 220jährige 2,14%; Fagus silvatica: 10jährige 17,99%; 20jährige 12,21%; 40jährige 6,78%; 50jährige 5,0%; 220jährige 10,86% K2O. Quercus: 15jährig 9,76%; 25jährig 8,3%; 50- jährig 2,78%); 345 jährig 4,04%; Astrinde 16 jährig 3,02%; 40 jährig 0,99%; 345 jährig 8,12% KgO in der Asche. Das Herabgehen des Kaligehaltes mit dem Älterv/erden der Rinde ist somit nicht in allen diesen Fällen deutlich ausgeprägt. Im allgemeinen sind die inneren jüngeren Schichten der Rinde kalireicher als die äußeren Rindenlagen. Es ist nicht bekannt, worauf diese prozentige Verringerung des Kaligehaltes zurückzuführen ist, und vor allem wäre sicherzustellen, ob es sich um eine absolute Verminderung des Kali handelt oder um ein relatives Zurücktreten. Die Rinde der oberen Stamm- partien und der Äste pflegt kalireicher zu sein als die untere Stammrinde. Für Picea excelsa ergaben sich für den Kaligehalt der Asche folgende Werte : Stammrinde 8,48%, Gipfel 20,82%, Astrinde 12,12%. Für Abies pectinata: Stamm 20,46%, Gipfel 20,16%, Astrinde 20,51%; hier ergab sich also kein Unterschied im Kaligehalt. In einer Reihe von Fällen erwies sich der relative Kaligehalt der Rindenasche zur Zeit der lebhaftesten Vegetationstätigkeit im Frühling am größten. Rinde von Acer platanoides: 5. April 12,05%, 18. Mai 8,96%. Aesculus: 6. Mai 61,0%, 1. September 24,19% K„0. Juglans: 31. Mai 45,75%, 27. August 11,63% KjO. Dies gilt wohl nur für die an Reservestoffen reichen jungen Rinden. Der Natrongehalt der Baumrinden ist meist nur gering und beträgt 0,5—2% der Asche; doch sind holzige Halophyten noch nicht untersucht. Beispiele höheren Natrongehaltes bieten folgende Rinden: Ulmus 10,09%; Prunus Avium 15,74%; Atherosperma moschatum 13,91%; Calisaya-China- rinde 8,6%; Cedrela febrifuga 5,53%; nach Heckel und Schlagdenhauffen auch Sarcocephalus esculentus (9,75% wasserlösliches Natron). Kalk ist der Hauptbestandteil der Asche älterer Baumrinden. Die Asche alter Eichenborken besteht zu 95% aus Kalk und 70—80% Kalk- gehalt dürfte nach den vorhandenen Analysen bei älteren Baumrinden die Regel darstellen. In den jungen, noch mit Assimilationsparenchym ver- sehenen Zweigrinden ist der Kalkgehalt der Asche zwar viel geringer, immer- hin aber noch ansehnlich groß (40%). Die vorhandenen Kalk Verbindungen sind nur zum geringsten Teile wasserlöslich. In der Asche pflegt sich der Kalk fast ausschließlich als Carbonat vorzufinden, nur zu einem sehr kleinen An- § 3. Die ÄBchenstoffe in der Rinde der Holzgewächse. 417 teile als Phosphat. Abgesehen von dem mitunter sehr reichhchen Vorkommen von Kalksalzen in Form von Krystalldrusen und Einzelkrystallen im Innern von Rindenzellen spielt der Kolk als Substanz, welche beim Aufbau der Zellmembranen zur Verwendung gelangt, in den Rinden eine hervorragende Rolle. Mit Kieselsäure besteht hinsichtlich der letztgenannten Funktion nur selten ein vikariierendes Verhältnis, z. B. bei Picea excelsa, doch jeden- falls ausgeprägter als im Holzkörper. Auch aschenarme Rinden, wie jene von Betula, enthalten einen hohen Prozentsatz an Kalk in der Asche. Bei der Analyse von Rinden in verschie- denen Altersstadien ergab sich meist ein deutliches Ansteigen des prozen- tischen Gehaltes an Kalk in der Rindenasche mit dem Alter. So enthielt in den von Wolff zusammengestellten Untersuchungen die Rinde von Fagus im Alter von 10 Jahren 40,64% Kalk, im Alter von 20 Jahren 70,35% CaO, worauf aber bis 220 Jahren keine weitere relative Kalkvermehrung der Rinde beobachtet wurde. 15jährige Eichenrinde enthielt in der Asche 78,16% Kalk, 50jährige Rinde 93,46%. Bei Fichtenrinde war jedoch ein analoger Befund nicht zu verzeichnen. Aus verschiedenen Regionen des Baumes entnommene Fichtenrinde wies kleine Differenzen im Kalkgehalte auf und die Gipfel- und Astrinde erwies sich weniger kalkhaltig, als die Stammrinde; die Borkenschuppen waren etwas kalkärmer als die inneren Rindenschichten. Bei der Weißtanne war wieder der Kalkgehalt der Ast- und Gipfelrinde etwas geringer als jener der Stammrinde. Ein abschließendes Urteil läßt sich jedoch diesen Untersuchungen noch kaum entnehmen. Sehr ausgeprägte Schwankungen im prozentischen Kalkgohalte der Rinde, welche aus der Bewegung der Reservestoffe und den Altersver- änderungen wohl leicht verständlich sind, zeigten sich bei einigen jungen Zweigrinden mit der Vegetationsperiode. So enthielt Rinde von Aesculus- zweigen am 6. Mai 9,24%, am 1. September aber 61,34% der Asche an Kalk. Juglans am 31. Mai 18,37%, am 27. August 70,08% CaO. Acer platanoides am 5. April 70,19%, am 18. Mai 76,26% Kalk in der Rindenasche. Die Magnesia tritt unter den Mineralstoffen von Baumrinden sehr zurück und macht bei älteren Rinden in der Regel nicht mehr als 2—5% der Asche aus, kann selbst unter 1% sinken. Auffallend magnesiareich wird die Asche der Birkenrinde angegeben (bis 14%). Jüngere Rinden haben annähernd denselben Magnesiagehalt wie Laubblätter, und der prozentische MgO- Gehalt nimmt mit dem Älterwerden ab. So enthält junge Rinde von Daphne Mezereum 12,39% Magnesia; jüngere Weidenrinde (S. alba) 4,2% MgO, ältere Weidenrinde 3,80%. Doch tritt in den bei Wolff zusammen- gestellten Analysen verschieden alter Baumrinden keine deutliche gesetz- mäßige Beziehung zwischen Alter und Magnesiagehalt zutage. Auch die verschiedenen Regionen der Bäume entnommenen Rindenproben lieferten hinsichtlich ihre.s Magnesiagehaltes kein Ergebnis, welches etwa auf eine Zunahme des Magnesiagehaltes in der Rinde nach den jüngeren .\sten zu gedeutet werden könnte. Der Eisengehalt der Rinden beträgt meist 0,5—3% FeaOg in der Reinasche, doch häuft sich wie in anderen alternden Organen das Eisen öfters in größeren Mengen an, und 4—5% Eisengehalt gehört keineswegs zu den seltenen Befunden. Höher steigt die Eisenquantität wohl aber nur vereinzelt. So wird verzeichnet von der Rinde von Abies pectinata bis 9,4%, Acacia Cebil 12,55%, Picea excelsa bis 7,8%, Acer platanoides 7,18%, Betula 5,25% der Asche an FegOg. Ältere Rindenteile sind häufig, doch nicht immer, die Fe-reicheren Partien. Aus den vorhandenen analytischen Befunden seien die nachstehenden namhaft gemacht. C z a p e k , Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., U. Bd. 27 418 Vienindfünfzigstes Kapitel : Der Mineralstoffwechsel in den oberird. Achsenteilen. Proz. Proz. Betula, Zweigrinde . . 1,09 FeA Picea excelsa, Stamm- „ weiße Stammrinde 5,25 „ rinde 4,32 FeaOg „ Stammborke . . 0,24 „ ,, ,, Gipfelrinde 6,33 „ Abies pectinata, Stamm 6,73 „ ,, „ Astrinde 4,68 „ „ „ Gipfelrinde 9,18 „ „ ,, Borken- ,, ,, Astrinde . 9,40 ., schuppen 1,59 „ Quercus, 15 jähr. Stamm 3,40 „ ,, „ innere „ 50jähr. „ 0,34 „ Schichten 1,77 „ Acacia Cebil, äußere Rinde eines 220jähr. Rindenschichten . . 12,55 " Stammes 7,8 „ Acacia Cebil, innere „ 172jähr. Rindenschichten . . 6,13 " Stammes 2,67 „ SaUx alba, jüngere Rmde 0,91 „ „ 135 jähr. „ „ ältere 3,67 „ Stammes 0,49 „ Mangan ist in der Rinde der Bäume ebenso verbreitet, wie im Holz- körper. Meist ist die vorhandene Quantität nur sehr gering und beträgt weniger als 1%. Cinnamomumrinden enthalten nach Hehners Ermitte- lungen 0,13—0,97% MngOj. In Fagusrinden wurde aber bis 5,97% Mangan, ebensoviel in Chinarinden konstatiert, in der Rinde von Carpinus Betulus wurde 8,48% Mangan gefunden [F. Schulze (1 )], und nach Schroeders Analysen kann Birkenrinde (Stamm) 18,36%, Fichtenstammrinde etwa 13% und Abies pectinata in der Stammrmde sogar 41,23% der Asche an Man- gan enthalten. Die Stammrinde ist das manganreichste Organ der Bäume und übertrifft noch den Holzkörper an Mangangehalt. In Rinde und Holz zusammen ist % der Gesamtmanganmenge der Pflanzen gespeichert. Auch der Kupfergehalt scheint in der Rinde von Holzpflanzen, welche auf kupferhaltigem Substrat leben, nach den Bestimmungen von Lehmann (2) stets größer zu sein, als der Kupfergehalt im Holzkörper. Der Kupfergehalt der Laubblätter ist dem der Rinden zunächststehend. Phosphorsäure macht in Baumrinden mittleren Alters meist 1,5 bis 4% der Asche aus, und vermindert sich, wie der Gehalt an Kali, mit zu- nehmendem Alter. Junge Rinden enthalten 8—10% Phosphorsäure in der Asche, so wie Laubblätter, ja bis 20%. Für Weidenrinden (zum Korb- flechten dienende Zweige) gibt Councler folgende Zahlen: S. purpurea 10,30%; viminahs 10,11%; rubra 11,6%; amygdalina 13,81% der Reinasche an Phosphorsäure. Hoher Gehalt an Phosphorsäure (12,77%) wird von der weißen Stammrinde der Birke verzeichnet; in welcher Form sie hier vor- gebildet ist, ist noch näher festzustellen; vielleicht ist Ca- und Mg- Phosphat reichlich zugegen. Chinarinden enthalten bis 18% Phosphorsäure. Gegen die oberen Regionen des Stammes und der Äste pflegt der Phosphorsäuregehalt der Rinde stark zuzunehmen; so wurde gefunden für: Stammrinde Fichte Weißtanne 4,32 6,73 Gipfel 6,33 9,18 Astrinde 4,68 9,40 Borken- Bchuppen 1,59 Innere Schichten % 1) Fr. Schulze, in Schüblers Agr. Chemie, 2, 80 (1853). Qualität. Angaben bei J. GÖSSL, Beihefte Botan. Zentr., 18, I, 124 (1904). Über Mn in Rinden auch Westman u. Rowat, Journ. Amer. Cbera. Soc, 40, 558 (1918). — 2) Lehmann, Arch. Hyg., 27, 1 (1896). § 3. Die AschenBtoffe in der Rindo der Holzgewächse. 41 9 Auch bei der Untersuchung der Rinde verschieden alter Bäume trat ein.' Abnahme des relativen Phosphorsäuregehaltea mit zunehmendem AII.m zutage: 'ichte 135 jähr. 10,37 % P^Os Fagus lOjähr. 7,96 % P,0, „ 172 „ 8,54% „ n 20 „ 5,44 % „ „ 220 „ 6,43 % „ „ 40 „ 1,18% ,. Quercus 15 jähr. 3,4 % P2O5 „ 25 „ 2,75 0/, „ 50 „ 0,34% „ Im Frühling erwies sich die Rinde junger Zweige viel reicher an Phosphor- säure in Ascheprozenten als in den folgenden Vegetationsstadien: Acer platanoides: 5 April 7,18% P2O5 Aesculus; 6. Mai 19,54% PgOj 18. Mai 3,50% „ „ 1. Sept. 6,95% „ Juglans: 31. Mai 19,64% PaO^ 27. Aug. 5,85% „ Inwiefern es sich um absoluten Rückgang und um relative Verarmung in- folge des wachsenden Kalkgehaltes handelt im Laufe des Wachstums, ist wohl noch festzustellen. Auch ist über die Bindungsformen der Phosphor- säure in der Rinde von Holzpflanzen i'ine eingehende Untersuchung noch nicht vorhanden. Tonerde ist in geringer Menge: 0,5 — 1% oder 2% der Reinasche, ein häufiger Bestandteil der Baumrinden. Größere Mengen (bis 12,2%) laml Wittstein (1) in Ficb*«^nrinde. Ein regelmäßiger Bestandteil ist Tonerde auch hier nicht. Schwefel macht, als Schwefelsäure berechnet, nur einen sehr geringen Bruchteil im Stoffgemenge der Rindenasche aus. Sehr oll findet man unter 1%, ja unter 0,5%. Höhere Werte werden angegeben von Quercus {'^%), Carpinus Betulus (2,35%), Populus tremula (2,33%), China rubra- Rinde (3,85%), Calisayarinde (5,35%), Salix alba (2,72%), Betula alba (2,75%), Pinus montana (4,H3%), Borke der Fichte (6,07%,), Olea (4,70"„), Sapium auruparium (5,05%), von Alstonia constricta selbst 12,2%). Die Form und Bindung des Schwefels in Rinden ist noch ganz unbekannt, und wir wissen auch nicht, welche Schwefelverbindungen vorherr.schen. In Jüngeren Rindenteilen pflegt, wahrscheinlich wegen des F'jweiß- gehaltes zahlreicher Zellen, mehr Schwefel gefunden zu werden als in älteren Rindenpartien. So ergab sich für: Fagusrinde lOjähr. 1,06% S Quercusrinde 15jähr. 1,35";, S 20 „ 0,54% „ „ 25 „ 0,68% „ 40 „ 0,08% „ „ 50 „ 0,14% „ 220 „ 0,06% „ Die Kieselsäure bildet sehr häufig nur 1—2% der Reinasche von Baum rinden und steigt andererseits in den Rinden der Chrysobalaneen, z. B. in der zuletzt von Cohn (2) beschriebenen Cautorinde von einer Moquilea-Arl aus Trinidad, so weit, daß 96% der Asche aus Kieselsäure bestehen und man fast von einer Verkieselung an der lebenden Pflanze sprechen darf. Ks sind 1) Wittstein, Hennebergs Journ. f. Landw. (1855). - 2) F. Coh.n, Hotan. Zentr.. j/, 288 (1887). 27* 420 Fünfundfünfzigstes Kapitel: Der MineralstoffwechBel der Laubblätter. in solchen Fällen die Zellmembranen von einer intensiven Einlagerung von Kieselsäure betroffen. Über die Verhältnisse der Chrysobalaneen mit ihren Kieselsäureablagerungen hat sodann Küster (1) ausführlich be- richtet. Weitere Beispiele von höherem Kieselsäuregehalt in Rinden sind (nach den bei Wolff zusammengestellten Daten): Proz. Proz. Acacia Cebil, äußere Betula, Stammrinde . 14,43 SiOg Schichten .... 24,06 SiOg Picea excelsa 39,20 „ Sapium aucuparium . 23,39 „ „ „ Borke- Alstonia constricta . . 20,39 „ schuppen .... 31,74 „ Prunus avium .... 21,30 „ Pinus montana .... 17,36 „ Fagus, Stammrinde . . 22,25 „ In einer Reihe von Fällen ist ein vikariierendes Verhältnis zwischen dem Gehalte an Kieselsäure und Kalk in den Rinden deutlich erkennbar: in Prozenten in Prozenten CaO SiO, CaO SiO, Picea excelsa . . . 27,44 39,20 UlmuB campestris . 72,7 8,77 Tilia parvifolia . . . 62,22 - Cedrela febrifuga . . 82,65 1,67 Prunus Mahaleb . . 80,87 1,48 Fagus silvatica . . 70,35 7,74 „ avium . . . 44,74 21,30 Quercusborke . . . 93,46 0,95 Cinchona Cahsaya . 57,23 9,35 Betula, Stammrinde 38,33 14,43 Abies pectinata . . 11,48 14,47 Die älteren Rindenteile weisen höheren Kieselsäuregehalt auf als die jüngeren: Fichte: Borkenschuppen 31,74% SiOa „ innere Rindenschichten . . . 3,36% „ Salix alba, jüngere Schichten .... 0,95% ,, „ ältere „ .... 1,50% „ Acacia Cebil, äußere Rindenschichten 24,06% „ „ innere „ 1,40% „ Betula, weiße Stammrinde 4,11 % ,, Borke 0,73% „ Zweigrinde 0,50% „ Der Chlorgehalt der Rindenasche beträgt meist unter 1% und über- steigt, soweit die Erfahrungen reichen, selten 3%. Höhere Werte für Chlor ergaben sich bei Calisayarinde (3,29%), Aesculusrinde (4,54%), Tecoma (3,9%) und Petalostigma quadriloculare (2,99%). Fünfundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Laubblätter. § 1. Die Verhältnisse des Gesamtaschengehaltes. Die in voller Ausübung ihrer Funktionen stehenden, fast oder vollkommen ausgewachsenen Laubblätter müssen als relativ ascbenstoff- 1) E. KÜSTER, Ebenda, 69, 46 (1897). § 1. Die Verhältnisse des Gesamtaschengehaltes. 421 reiche Organe bezeichnet werden und übertreffen die grünen aus- gewachsenen Stengelteile krautartiger Gewächse bedeutend an Gehalt an Mineralstoffen, wie folgende Zahlen zeigen: Reinasche in d. Trockens. Blätter Stengel Proz. Proz. Lupinus luteus . . 6,06 3,86 Brassica Rapa . . . 20,84 9,18 Humulus Lupulus . 13,60 3,74 Primula farinosa . . 11,73 5,90 nach Wulff, Aschenanalysen. Nicotiana Tabacum . 11,87 7,73 Anethum graveolens . 15,03 9,86 Gossypium herbacei im 7,86 1,81 Aster Amellus . . . 10,08 3,87 CoUNCLER, Landw. Versuchst., Bd. XXVII, p. 375 (1881). Achyranthes aspera L. 24,33 8,67 Warben, Chem. News, Vol. LXIV, p. 161 (1891). Hedera Hehx . . . 12,60 4,92 Block, Arch. Pharm., Bd. CCXXVI, p. 953 (1888). Ferner nach F eckolt(I) in Manihot palmata M. A. Blätter 67,368%, Wasser 8,158% Asche M >» Zweige 75,454% > „ 3,182% „ „ Glaziovii Blätter 77,55 % „ 6,250% „ M n Stiele 81,395% „ 3,488% „ Im Jugendzustande der Pflanzen besteht dieses Verhältnis noch nicht, sondern es übertrifft vielmehr der Aschenstoffgehalt der jungen Stengel denjenigen der jugendlichen Blätter. So ergab sich z. B. für Trifolium pratense (Wolfe, 1. c, Bd. I, p. 61): II. III. IV. Untersuchungsperiode: Blätter 7,30%, „ 8,20% „ 9,09 % Stengel 9,22 %1 Reinasche 2,78%} in der 2,70 %J Trockens. und für Linum usitatissimum (ib., p. 108) nach BRETSCHNEiDERund Küllen- BEB G Blätter Stengel Trocken- substanz Proz. Rein- Rei nasche in asche 1000g Frisch- Proz. suiistanz Trocken- substanz Proz. Rein- Reinasche in asche 1000 g Krisch- Proz. Substanz Am >> »1 6. Juni 13,40 13. „ 15,78 2. JuH 22,29 7. „ 26,79 10,36 13,88 8,70 13,73 6,83 15,22 5,53 14,82 10,10 16,12 32,65 35,65 11,08 11.19 6,61 10,66 3,32 10,84 3,13 11,16 Die Zusammensetzung der Asche von Laubblättern und assimi- lierenden Stengeln weist hingegen keine bedeutenden Differenzen auf. Das zitierte Beispiel von Linum zeigt, daß ausgewachsene Stengelteile einen höheren Gehalt an Gesamttrockensubstanz besitzen als ausge- wachsene Blätter, während sie in jugendlichem Zustande trockensubstanz- 1) Th. Peckolt, Ber. pharm. Ges., /ö, 22 (1906). 422 PYmfundfünfzigßtes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Lauhblätter. ärmer waren als die jungen Blätter. Berechnet man das Verhältnis zwischen den Werten der Trockensubstanz in Prozenten der Frisch- siibstanz und den Werten der Asche in Prozenten der Trockensubstanz, so erhält man in diesem Falle für die einzelnen Vegetationsperioden folgende Zahlen: 6. Juni Stengel 0,91 Blätter 1,29 13. „ „ 2,44 „ 1,81 2. Juli 9,83 „ 3,26 7. „ „ 11,39 „ 4,84 Daraus ersieht man, daß in den Stengeln die Aschenstoffe schon früiizeitig ein relativ kleineres Quantum der Trockensubstanz ausmachen, während die Aschenstoffe der Blätter frühzeitig einen höheren Anteil an der Konstitution der Trockensubstanz nehmen. 8-12% der Trockensubstanz an Mineralstoffen scheint nach einer großen Zahl vorhandener Analysen bei den ausgewachsenen Läubblättern das gewöhnliche Ausmaß des Gehaltes an Aschensubstanzen zu sein. Doch wird dasselbe sehr häufig bedeutend übertroffeh, seltener fallen die Werte für die Reinasche erheblich niedriger aus. Von höheren Werten seien vön den vorhandenen Befunden erwähnt: Solanum iuberosum 18, 19-25,77% Beta vulgaris . . 29,23 %, Asche Myosotis arvensis .... 17,85 % Banunculus rep<'ns 18,00 % „ Scleranthiis annuus . . . 17,20% Senecio Jacobaea . 23,24% ,, Urtica diuica 17,82% NicotianaTabacum 22,97% Ricinus communis . . . 20,11% Xanthium spinös. 17,97% ,, 1{aensel(1) gibt für Blätter von Spinacia oleracea 20,52% Asche in der Trockensubstanz an. Nygard (2) für Tussilago Farfara 18,94%, Malvenblätter 20,84%, Maticoblätter 20.12%, Equisetumkraut 24,24%. Analysen von Blattgemüsen von Rubner (3) ergaben für die Trockensub- stanz von Spmal 16,42% Asche Wirsingkohl . 6,33% Asche Kopfsalat . . 13,62 o/p „ Blumenkohl . 8,32% Bruimenkresse 10,43% „ Grünkohl . . 11,5 % „ Bei Mcsembryanthemum crystallinum kann der Gehalt an Aschenstoffen bO% tb'r Trockensubstanz und mehr betragen [Heckel, Mangon (4)]. Im Blatt von Agave americana fand Zellner (5) 7,54% Aschenbestandteile. Durch sehr geringen Aschenstoffgehalt zeichnen sich die Nadeln mehrerer (^oniferenarten aus: Larix decidua bis 2,48%, Pinus silvestris bis 1,48%, Pmus austriaca bis 1,80% Reinasche in der Trockensubstanz sinkend (6). Andere Fälle sind Sarothamnus (Cytisus) scoparius mit 1,81%, Syringa vulgaris mit 3,47%, Quercus mit 3,50%, Eriophorum vaginatum mit 2,71%, Juncus conglomeratus mit 3,37%, Galamus Rotang mit 3,16% Aschengehalt ihrer Blätter. 1) E. Haensel, Biochem. Ztsch., i6, 9 (1909). — 2) A. Nygard, Farm. Notisbl. (1909), Nr. 9 p. 125. — 3) Rübner, Arch. Anat. u. Physiol., 1915, p. 219. — 4) Mangon, Compt. rend., 96, 8U (1883); Heckel, Ebenda, 592. — 5) Zellner, ZtscL. physiol. Chem., 104, 2 (1918). — 6) Vgl. auch II. Sertz, Mitteil. kgl. sächs. forstl. Vers.anbt. Tharandt, I, 4 (1917). § 1. Die Verhältnisse des GesamtaschengehalteB. 423 Die Größe der Schwankungen im Aschengehalte betrug nach den Zusammenstellungen von Wolff bei Solanum tuberosum . . 12,9— 5,2% Beta vulgaris 21,0-ll,l"/o „ Zuckerrübe .... 29,2- 8,3% Brassica Rapa 15,4- 7,8% Daucus Carota 17,8— 8,4% Cichorium Intybus . . . 12,5— 8,4% Digitalis purpurea . . . 6,61—14,4% nach Newcomb(1). Zostera marina und angustifolia nach Rördam (2) als Beispiel sub- merser Pflanzen: Zost. marina VVintei 24,86% Asche 7,66% Wasser Sommer 20,52 »/o n 15,07% „ „ angustif. Winter 25,23 7o ^^ 6,83% Sommer 19,12 »/q „ 18,54 "/o ., in Prozenten der lufttrockenen Substanz. Die Verhältnisse des Aschengehaltes während des Entwicklungs- ganges und des Heranwachsens der Blätter sind Gegenstand zahlreicher Untersuchungen gewesen; teils wurden die Blätter zu verschiedenen Zeiten der Vegetationsperiode den Kulturen oder demselben Individuum entnommen, oder man verglich Blätter verschiedenen Alters, die gleich- zeitig von der Pflanze abgenommen wurden. Selir häufig nimmt während der Ausbildung der Blätter die Gesamtasche in Prozenten der Trocken- substanz ab, was darauf zu beziehen ist, dii3 die Menge der organischen Substanzen in einem viel rascheren Verhältnisse zunimmt als die Mineralsubstanzen, deren Quantität von einem l)estimmten Zeitpunkte an, absolut genommen, fast konstant bleiben kann. Wolff und Yelin (3) fanden bei Weizemasseii an Reinasche in Pro- zenten der Trockensubstanz Rasse A Rasse B am 2. Mai 9,50% 10,0 % „ 15. Juni 7,20% 6,9 % „ 29. Juli 6,40% 6,20% ferner Pierre (4) für Winterweizen in zwei Versuchen: Pflanzen in Schossen . . . 7,44% . % Reinasche vor der Blüte 6,51% 7,98% Anfang der Blüte 5,25% 5,24% Ende der Blüte 5,07% 4,39% Körner, noch weich. . . . 4,76% 3,57% Körner, reif 4,68% 3,38% Auch für andere Getreidearten wurde analoge Ergebnisse gefunden. Ferner fand Gross (5) für Vitis vinifera 1) Newcomb u. Haynes, Amer. Journ. rharm., S?, 112 (1Ü15). — 2) Rördam, Jahresber. landw. Hochsch. Kopenhagen, 1917, p. 107. - 3) E. Woi-FF u. \elin, zit. Ascbenanalysen, /, 12. — 4) J. Pierre, Compt. rend , 68, 1526 (18bH). — 5) Gross, Dissert. Erlangen (1884). 424 Fünfundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwecbsel der Laubblätter. am 26. April 3,64% „ 10. Juli 2,03% „ 20. Oktober 2,84% Reinasche in der Trockensubstanz. Hier tritt infolge der Beendigung der assimilatorischen Tätigkeit im Herbst wieder ein Ansteigen des relativen Aschengehaltes hervor. Natür- lich ist bei diesen Untersuchungen streng darauf zu sehen, daß der Gehalt an Assimilaten nicht durch die Tageszeit der Entnahme bei den Blättern willkürlich entstandene Verschiedenheiten aufweist. Es kommen dann auch Schwankungen im Aschenstoffgehalte, bei Verminderung der Assimila- tionstätigkeit, oder bei verstärkter Vermehrung der Aschenstoffzufuhr schließlich Ansteigungen im Mineralstoffgehalte der heranwachsenden Blätter zustande. So fand Norton (1 ) bei Avena : am 4. Juni 10,83% Reinasche in der Trockensubstanz 11. „ 10,79% 18. „ 9,07% 25. „ 10,95% 2. Juli 11,35% 9. „ 12,20% 16. „ 12,61% Arendt (2) gewann bei Avena folgende Zahlen: 3 untere Blätter 2 obere Blätter am 10. Juni 9,71%, 7,78% Reinasche in der Trockensubstanz „ 30. „ 9,49% 7,04% „ „ „ „ 10. JuU 10,21% 6,97% „ „ „ „ 21. „ 10,25% 9,72% „ „ „ „ 31. „ 10,13% 10,51% „ „ „ Solche Schwankungen treten auch hervor in den von Beetz (3) für Lolium perenne gefundenen Werten, ferner in den Zahlen von Dietrich (4) für Trifolium pratense, während sich in den WoLFFschen Resultaten für Solanum tuberosum (1. c, Bd. I, p. 75) eine andauernde Abnahme heraus- stellte. Für Turnips fand Wunder, daß anfangs der absolute Gehalt an Aschenstoffen mit der Trockensubstanz zunimmt, sodann aber während der weiteren Trockensubstanzzunahme, auf das Frischgewicht bezogen, abnimmt : Blätter Trockensubst. Reinasche darin 2 Wochen nach der Saat 8,24% ■'•^ U 11 11 17 „ „ „ 20 „ „ „ 23 14,18% 14,26% 15,51% 13,72% 16,47% 12,96% 12,02% 10,41% 10,70% Reinasche in 100 g Frischsubet. 1,3571 1,8377 1,7140 1,6145 1,4680 1) Norton, zit. bei Wolff, 1. c, /, 26 (1847). — 2) R. Arendt, Landw. Vers.stat., /, 50 (1860). — 3) R. Deetz, Journ. Landw. (1873), p. 57. - 4) G. Th. Dietrich, zit. bei Wolff, /, 64. Über Klee auch Ulbricht, Landw. Vers.stat., 3, 241; 4, 1 (1862). Vicia sativa: Schleiden u. E. F. Schmid, Pogg. Ann., 71, 138 (1847). Tumips: Wunder, Landw. Vers.stat., 3, \9;4, 264 (1861). Ferner: Berthelot u. Andre, Ann. Chim. et Thys , p, 1, 145 (1896). Papaver: G. Andre, Compt. rend., 15', 1378 (1910); 132, 777 (1911); ebenda, p. 9ü5, andere Anuelle (Spergula, Linum, Camelina): Andre, Ebenda, 136, 1164 (1913). 1. Die VerhRltnisse des Gesamtaschengehaltes. 425 In den Blättern von Cichorium Intybus konstatierte H. Schulz (1) in der ersten Zeit der Blattentwicklung eine Verminderung des Mineral- stoffgehaltes bis zum 70. Tage nach der Aussaat, sodann Ansteigen in den ausgewachsenen Blättern, welches wohl durch die Zunahme von Zellhaut- gerüstsubstanzen bedingt ist. Blätter Trockensubst. darin Reinasche Reinasche in 100 g Frischgewicht 40 Tage nach der Saat 10,42% 14,21% 1,4806 50 „ „ „ „ 8,43% 13,51% 1,1389 60 „ , 9,24% 12,67% 1,1707 70 „ 1 , 8,27% 12,42% 1,0271 80 „ , , 9,74% 12,87% 1,2250 90 „ , , 7,99% 11,79% 0,9422 100 „ , 9,29% 11,17% 1,0376 110 „ , , 10,26% 10,71% 1,0988 120 „ , , 11,53% 10,30% 1,1876 130 „ j , 12,50% 10,49% 1,3112 Ein Reicherwerden an Aschenstoffen mit .dem Älterwerden der Blätter stellte sich bei Beta vulgaris heraus. Müller und Mittenzwei (2) fanden für Runkelrübe: Asche in Proz. Asche in Proz. Trockensubstanz der Trocken- der Frisch- inProz.d.Frisch- substanz substanz Bubslanz m äußersten Blattkreise 19,35 1,431 7,45 „ zweiten „ 16,55 1,348 8,15 „ dritten „ 12,22 1,129 9,24 „ vierten (Herz) 11,12 1,187 10,68 Analoge Resultate erhielten für Zuckerrübe Bretschneider, Küllen- BBRG und Metzdorff (3). Bei den Blättern von Holzpflanzen findet in der Regel auch in Pro- zenten der Trockensubstanz eine kontinuierliche Vermehrung der Gesamt- aschenmenge statt. Für Fagus silvatica ■wurde dies durch Zöller, Riss- müller und Dulk (4) festgestellt. Rissmüller fand für den Aschengehalt der Blätter in Prozenten der Trockensubstanz: Mai Juni Juli Aug. Sept. Okt. Nov. Asche 4,67 5,20 7,45 9,03 8,90 10,80 11,42 Trockensubst, in Proz. der Frischsubstanz . 23,35 40,21 43,64 50,74 47,42 40,37 45,55 Dulk fand dem korrespondierend: am 26. Mai 26. Juni 26. Juli 25. Aug. 26. Sept. 26. Okt. 7. Nov. Proz. Proz. Proz. Proz. Proz. Proz. Proz. Trockensubstanz. . . 20,76 34,34 36,00 37,66 36,32 37,15 33,63 Reinasche darin . . . 4,68 3,95 4,78 5,52 5,58 5,91 6,39 Asche in 1000 g Frisch- gewicht 9,72 13,56 17,21 20,79 20,27 21,96 21,49 1) H. Schulz, Landw. Vers.stat., p, 203. ^- 2) A. Müli>er u. Mittenzwei. Journ. prakt. Ghem., 70, 257 (1860). — 3) Zit. in Wolff. I, 86. — 4) Zöller, in Liebig, Chemie in ihrer Anwendung auf Agrikultur usw.. 7. Aufl. (1862), 2, 367. L. RissmÜllee, Landw. Vers.stat., 17, 17 (1874). L. Dulk, Ebenda, iS, 192 (1875). 426 Fünfundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Laubblätter. Hier ist also das Wachsen des Aschengehaltes mit zunehmendem Alter sehr stark. Vor allem geschieht dieses Anwachsen durch Vermehrung des Ge- haltes an Kalk und Kieselsäure, also an Substanzen des Zellhautgerüstes. Bei anderen Holzgewächsen konstatierten Grandeaü und Fliche (1 ) meist dasselbe Verhältnis: Trocken- Bubstanz darin Asche Asche in 100 g Frischgewicht Proz. Proz. pro Slille Robinia ... am 2. Mai 26,50 6,25 16,56 . . . ,, 3. Juh 35,90 7,75 27,82 . . . „ 7. Sept. 44,3 8,22 36,41 . . . „ 13. Okt. 44,6 11,74 52,36 Prunus avium „ 28. April 30,0 7,80 23,40 „ 3. Juli 39,8 7.30 29,05 „ 7. Sept. 44,6 6,39 28,50 „ 2. Okt. 44,8 7,24 32,44 Betula alba. . „ 30. April 32,5 3,84 12,48 „ . . „ 14. Sept. 49,0 4,30 21,07 „ am 9.-15. Okt. 49,75 4,68 23,28 Castanea vesca am 1. Mai 28,0 4,60 12,88 „ 16. Sept. 43,0 4,75 20,43 „ 12. Okt. 55,2 4,55 25,12 Weber fand, daß Lärcliennadeln im abgefallenen Zustande etwas mehr Asche in Prozenten der Trockensubstanz (3,99%) aufwiesen als die Nadeln vor dem Abfall (3,57%), was wohl auf die Verarmung an organischen Stoffen zu beziehen ist. Bei immergrünen Blättern wächst der Aschenstoff- gehalt ohne größere Schwankungen durch mehrere Vegetationsperioden stetig heran. Es ist wohl sicher, daß hierbei die Ausbildung des Zellhaut- gerüstes eine Rolle spielt. An der japanischen Teepflanze haben Kellner, Marino und Ogasawara (2) diese Verhältnisse eingehend dargestellt. Es ergaben sich folgende Resultate: Troclien- Asche Asche in 1000 k substanz darin Frischsubstanz am 15. Mai 23,17 4,69 10,87 9,10 Rohfaser „ 30. „ 24,22 4,76 11,53 17,25 „ 15. Juni 21,39 4,88 10,44 17,38 „ 30. „ 29,15 4,96 14,46 18,69 „ 15. JuM 27,33 4,29 11,72 19,16 n 30. „ 29,46 4,46 13,14 17,56 „ „ 15. Aug. 35,79 4,58 16,39 17,72 „ 30. „ 32,25 4,98 16,06 17,95 „ 15. Sept. 34,74 4,85 16,85 19,13 „ 30. „ 36,80 5,11 18,80 19,17 „ 15. Okt. 35,34 5,06 17,88 18,66 n 30. „ 36,99 5,07 18,75 18,40 „ 15. Nov. 40,67 5,00 20,33 18,26 ,, 30. „ 39.03 5,04 19,67 18,34 „ 15. Mai 39,97 5,14 20,54 17,62 (alte Blätter) 1) Zit. bei WoLFF, 2, 84 (1878). — 2) 0. Kel;,ner, Makino u. Ogasawara, Landw. Vers.stat , 33, 370 (1887). § 1. Die Verhältnisse des Gesamtascheiigehaltus. 427 Wie man .sielit, erreichen die Rohfaserzahfeii, welche man gewöhn- lich als ungefähres Maß der Ausbildung des Zellwandgerüsles ansehen darf, schon sehr bald ihre definitive Höhe. Da al)er die Kohfaserbestimmungs- methoden die mineralischen Einlagerungcai der Zellhaut zum guten Teile nicht mit berücksichtigen, so läßt sich die Meinung, daß die Vermehrung an Aschenstoffen hauptsächlich die Ausbildung der Zellwände betrifft, wohl aufrecht erhalten. Über Coniferennadeln verdanken wir Schroeder und Dulk{1) Mitteilungen bezüglich Pinus silvestris und Grandeau und FilCHr: (2) bezüglich Pinus austriaca. Die Iptztgenannten Autoren gaben folgende Zahlen: Trocken- substanz 29,;:I9 29,30 42,42 44,90 4I,r>2 39,34 41,07 16,20 44,71 41,00 42,43 50,20 49,31 44,69 55,53 60,00 Hier und auch bei Pinus silvestris treten vorübergehende Depressionen des auf Trockinsubstanzprozcnte gerechneten Aschengehaltes infolge der reichhchen Assimilation im Frühsommer ein. Daß die stetige Zunahme des Aschenstoffgehaltes bei ausdauernden Blättern die Regel darstellt, geht auch aus den Untersuchungen von Briosi (3) hervor, wonach das Maximum an Gewicht von organischen Stoffen (bezogen auf die Einheit der Blattfläche) schon im ersten Jahre erreicht wird, während der Maximalgehalt an Aschen- stoffen erst nach mehreren Vegetationsperioden eintritt. Eine Ausnahme bildeten hiervon die Blätter von Eucalyptus, Ceratonia und Quercus Hex. Auch bezüglich def Frage, ob ein Rückströmen von Aschenstoffen vor dem Abwerfen der Blätter am Schlüsse der Vegetationsperiode statt- findet, hat man natürlich auf die absoluten Werte der Mineralstoffmenge Gewicht zu legen und darf nicht aus einer Abnahme der Aschenstoffprozent- zahlen in der Trockensubstanz Schlüsse ableiten, wie es öfter geschehen ist und Wehmer (4) mit Recht gerügt hat. Die Feststellungen der Gesamt- aschenmengen haben zu dem Ergebnisse geführt, daß ein kleiner Abfall der Mineralsubstanzen (absolut gerechnet) vor dem Abwerfen der Blätter zu verzeichnen ist. So fanden Tucker und TüllExNS (5) in 500 Blättern Ganz jung 26./28. Juni ,, , 4./6. Sept. ,, , , 22./23. Okt. 1 Jahr i ilt 3./4. Mai 1 ., ., 26./28. Juni 1 ., 4./6. Sept. 1 ,. „ 22./23. Okt. 2 Jahre 3./4. Mai 2 „ „ 26./28. Juni 2 „ 4./6. Sept. 2 „ „ 22./23. Okt. 3 „ 3./4. Mai 3 „ „ 26./28. Juni 3 „ 4./6. Sept. 3 „ „ 22./23. (.)kt. 4 .. „ 3./^. Mai Aopha Asche in 1000 g ABCue Frischsuhstanz 1,63 4,79 1,84 5,36 1,91 8,11 1,81 8,13 1,85 7,68 2,16 8,50 2,30 9,45 2,72 12,57 2,30 10,28 2,86 11,90 2,59 11,00 3,12 15,66 2.62 12,92 3,82 17,07 3,28 18,21 4,55 27.30 1) J. Schroeder, Tharandter forstl. Jahrb., 25, 29 (1875). Dulk, Landw. Vers.Btat., 18, 210 (1875). — 2) Grandeau u. Fliche, Annal. Stat. Agron. de l'Est (1878), p. 97. Für Pinus Strobus vgl. H-. Sertz, Mitt. sächs. forstl. Vers.anstalt Tharandt, I, 80 (1918). — 3) G. Briosi, Intorno alle sostanze minorali nelle foglie etc., Milano 1888. — 4) C. Wehmer, Landw. Jahrb., ->;, 513 (1892); lier bot. Ges., 10, 152 (1892). — 5) G. M. Tucker u. B. Tollens, Ber. ehem. Gos , 32, 2575 (1899). Vgl. auch die Kritik von B. Schulze, Verh. Nat Ges. (1904), II, /, 175. 428 Fünfundfünfzigstes Kapitek Der Mineralstoffwechsel der Laubblätter. von Platanus folgende Veränderungen in Gehalt an Trockensubstanz und Reinasche: am 13 Juni . . . 142,5284 g Trockensubstanz und 8,6985 g Reinasche 15. Juli . . . 184,6968 g „ „ 14,6187 g 22. August . . 182,7988 g „ „ 17,8137 g 7. Sept. . . . 193,8481 g „ „ 20,1175 g 8. Oktober . 196,2402 g „ „ 21,3332 g 24. Oktober . 148,8130 g „ „ 17,9706 g (nicht gedeckt) am 24. Oktober . 152,8367 g „ „ 19,3781 g (gedeckt) „ 5. November 166,0675 g „ „ 20,3449 g (nicht gedeckt) Eine eingehende Diskussion früher erzielter Ergebnisse auf diesem Ge- biete hat Wehmer geliefert. Schon deshalb, weil die Zunahme der Aschen- stoffe in vorgerückterem Lebensalter der Blätter hauptsächlich auf Rech- nung des Ca und Si- Gehaltes erfolgt, können andere Aschenstoffe, besonders K und PO4 absolute Abnahme aufweisen. Ob eine wirkUche Rückwanderung von Aschenstoffen in die holzigen Achsenorgane erfolgt, müssen künftige Untersuchungen endgültig entscheiden. Keinesfalls lassen sich aber aus den Wasserkulturversuchen von Nobbe und Councler (1 ) an Acer Negundo Gegenbeweise daraus ableiten, daß hier in den abgefallenen Herbstblättern mehr Reinasche (21,29%) vorhanden war, als bei Pflanzen, die in Erde wurzelten (13,29%). Die Asche von Wasserkulturpflanzen enthielt 12,21% PgOg und 45,52% KgO, jene der Bodenpflanzen nur 3,43% P2O5 und 33,91 % K2O. Es ist fraglich, ob die Verhältnisse dieser Wasserkulturpflanzen unbedingt als normale anzusehen sind. Kaeriyama (2) hob hervor, wie reichlich wichtige Aschenstoffe mit den fallenden Blättern der Pflanze ver- loren gehen. Wehmer war geneigt, bei dem Aschenstoffverlust der Herbst- blätter an Auslaugung durch atmosphärische Niederschläge zu denken. Seither sind von Andre (3) analytische Bestimmungen über die aus Castanea- Blättern in verschiedenen Entwicklungsstadien durch Auslaugen entfern- baren Mineralstoffe ausgeführt worden. Die Blätter gaben besonders PO4 und KgO ab, um so mehr je jünger sie waren, das Kali konnte in kurzer Zeit fast ganz entzogen werden. Mg trat weniger aus, am wenigsten aber Kalk. Zugunsten der Rückwanderungstheorie haben sich in neuerer Zeit mehrere Autoren geäußert. Fruhwirth und Zielstorff (4) kamen auf Grund ihrer Versuche an Hopfen zur Meinung, daß K und PO4 aus den Blättern vor dem Laubfall zurückgehen. L. Richter (5) vertritt dieselbe Meinung und gibt nachstehende Zahlen für die Aschenstoffbewegung in Kirschbaumblättern (für 100 Blätter in Grammen): 14. Juli 31. Juli 18. Aug. 4. Sept. 24. Sept. 7. Okt. 27. Okt. Trockensubstanz 25,146 21,691 23,883 25,602 26,049 27,367 17,247 KjO 0,603 0,590 0,603 0,572 . 0,524 0,376 CaO 0,727 0,791 0,892 0,939 . 1,100 0,765 PzOj 0,166 0,158 0,155 0,140 . 0,139 0,056 Asche . . . . . 2,494 2,568 2,814 2,920 . 3,214 2,215 1) C. Councler, Landw. Vers.stat., 29, 241 (1883). — 2) N. Kaeriyama, Botan. Literaturbl. (1903), p. 365. — 3) G. Andre, Compt. rend., 155, 1528 (1912); 156, 564 (1913); 158, 1812 (1914). Vgl. auch Ebenda, 142, 249 (1906); Berthelot, Ebenda, 141, 793 (1905); 142, 249 (1906). Besonders auch L. Maquenne u. E. De- MoussY, Ebenda, 158, 1400 (1914). — 4) C. Fruhwirth u. W. Zielstorff, Landw. Vers.stat, 55, 9 (1901). Seissl, Ztsch. landw. Very.wes. Ost., 7, 39 (1904), für Poly- gonum sachalinense. — 5) L. Richter, Landw. Vers.stat., 73, 457 (1910). § 1. Die Verhältnisse des Geeamtaschengehaltes. 429 Am schärfsten tritt, wie man sieht, der Rückgang bei der Phosphor- säure hervor. Ramann (1), der gleichfalls sein Urteil zugunsten der Rück- wanderungslehre abgibt, findet, daß in der Regel PO4 in erheblicher Menge wandert, während die Ca- und Si- Verbindungen in den absterbenden Blättern sehr stark zunehmen. Er betont auch, daß sich während des VergiJbcns der Blätter dieser Vorgang in relativ kurzer Zeit vollzieht. Ähnliche Erg wenig 2,2) Spur 7,8 8,7 17,2 5,4 5,0 3,0 Spur 5,0 5,8 9,8 viel Mn Für Gemüseblätter gelten nachfolgende von Haensel (2^ ermittelte Werte : in Proz. der Trockensubstanz Asche P^Oj Fe,Og Endivie 12,3 1,27 0,4 Kopfsalat 15,3 1,7324 0,69 Winterkohl 9,72 1,186 0,324 Spinat 20,52 1,8633 0,45 Kohlrabiblätter .... 10,22 0,9947 0,37 Sellerieblätter 12,84 1,1986 0,272 Weißkraut 6,968 0,8289 0,036 Rotkraut 6,48 0,7014 0,022 Wirsing 6,34 0,7550 0,058 in Proz. der Asche P,0, 10,566 11,32 12,20 8,19 9,73 9,335 11,015 10,810 12,054 Fe,03 3,2528 4,51 3,333 2,1937 3,6277 2,1183 0,5166 0,3395 0,9148 Im Vegetationsgang der Gerste fand Andre (3) Ansteigen der Phos- phorsäure bis zur Reife, ebenso Zunahme von KjO und NagO bis zur Voll- reife. Ca und Mg zeigten vor der Blütezeit Abnahme, SO3 vor der Vollreife eine geringe Abnahme. Auch bei Papaver fand Andre (4) ein Maximum von PO4 und KaU vor der Fruchtbildung und Abnahme von Ca und Mg im relativen Verhältnis, im ganzen keinen Verlust an fixen Bestandteilen. Fruchtzweige von Pirus communis ergaben in Analysen von Manaresi und Tonegutti (5) mehr N, P, K, weniger Si und Ca als Blatttriebe, während bei Pirus Malus und Prunus domestica mehr P und K in den Blättern der letzteren war. Der Kaligehalt der Laubblätter ist charakteristischerweise regel- mäßig ein sehr hoher und pflegt 30—50% der Reinasche auszumachen, so daß die Laubblätter neben den Samennährgeweben zu den kalireichsten Pflanzenorganen zu rechnen sind. Die in manchen Analysen sich ergebenden niedrigen prozentischen Werte für Kali haben öfters ihren Grund in einem hohen Kieselsäure- oder auch Kalkreichtum der Blätterasche, und daß der absolute Wert für Kali auch hier kein niedriger ist, lehrt die hohe Zahl für den Gehalt an Gesamtasche. In anderen Fällen endlich drückt ein hoher Kochsalzgehalt der \8che den Prozentwert für Kali herab. Aus den bei 1) Keegan, Chem. News, 112 203 (1915); 112, 295 (1915); 113, 85 (1910); 114, 74 (1916). — 2) E. Haensel, Biochem. Zisch., 16, 9 (1909). — 3) G. Andr^, Compt. rend., 154, 1627 u. 1817 (1912). — 4) Andre, Ebenda, 152, 965 (1911). — 5) A. Manaresi u. M. Tonegutti, Staz. Sper. Agr. Ital., 43, 786 (1910). § 2, Die einzelnen Mineralstoffe. 433 WoLFF gegebenen zahlreichenAnalysonzahlen seien als hohe Kahwerte hervc gehoben : Luzula maxima . . . 48,06% KgO ßromus unioloides. . 56,94% Genista tinctoria . . 42,84% Vitis vinifera .... 40,26% Camellia Thea . . . 39,98% AchiUea Millefolhim . 47,81% Zoa Mays 53,20% Phaseolus vulgaris. , Vicia Faba Lilium candidum . . Adonis aestivalis . . Colchicum autumnale Majanthemum bifol. . Centaura Cyanus . . 41,55% KgO 53,75% 41,26% 48,76% 48,27% 55,70% M,84% In Erodium cicutarium 43,9—44,1% Kali(1). Die Zuckerrübe enthält nach Andrlik und Urban (2) bei höherem Zuckergehalt der Wurzel in den Blättern mehr K und PO4, aber weniger als in den Wurzeln, am wenigsten Kali in den Blattstielen. Das Natron ist gerade umgekehrt verteilt. Hellgefärbte Zuckerrübenblätter sind nach Urban (3) kaliärmer als dunkelgrüne, während der Na- Gehalt viel kleinere Differenzen zeigt. Die von Stoklasa (4) vertretene Hypothese von der Bedeutung des Kali als COg-bindendes Agens in der Chlorophylltätigkeit dürfte aber einer kritischen Prüfung nicht standhalten. Die Schwankungen des Kaligohaltes werden infolge des verschiedenen Anteiles, welchen andere Bestandteile an der Zusammensetzung der Asche nehmen, ziemlich Bedeutend gefunden. Nach Wolff (1. c, Bd. II, p. 135) schwanken die Kaliwerte bei Solanum tuberosum von 6,4—42,8%, bei Beta vulgaris 9,0-45,9%, bei Brassica Rapa von 12,3—36,7%, Daucus 60%, bei Nicotiana Tabacum Carota 7,7-22,3%, Cichorium Intybus 11,5 nach KosuTANY (5) von 10—43%. Reichliche Kalidüngung kann den Kaligehalt der Laubblätter direkt erhöhen, anscheinend besonders bei normal NaCl-reichen Gewächsen. Habedank (6) fand bei Düngung von Futterrunkelrübe mit rohem Kalium- sulfat : Blätter ungedüngt Düngung 1 Zentner 2 „ 3 K2SO4 K,0 Na,0 Reinasche in Proz. der Trocken - Trocken- substanz Proz. Asche in Proz. der Frischsubat 16,30 25,50 13,94 8,25 1,15 34,96 14,05 14,17 8,89 1,26 32,92 17,33 13,71 8,39 1,15 30,64 17,67 18,67 7,82 1,46 Nach Kerpely (7) soll selbst Bespritzen der Blätter bei Nicotiana mit Kalisalzlösungen günstige Erfolge erzielen. Während des Lebenslaufes der Blätter sehen wir meist den Kaligehalt dauernd zunehmen, was sich in den absoluten Zahlen deutlich ausprägt. Da sich die Blätter rasch an organischen Stoffen anreichern, bildet das Kali in den jüngsten Blättern den größten Anteil in der Trockensubstanz, und indem die Blätter während ihrer Entwicklung sehr viel Kalk, auch Kiesel- säure, aufnehmen, nimmt das Kali an der prozentischen Zusammensetzung 1) Wasicky, Wien. klin. Woch.sch., 32, 1 (1919). — 2) K. Andrlik u. J. Urban, Ztsch. Zuck.Ind. Böhm. 34, 75 (1910). — 3) Urban, Ztsch. Zuck.Ind. Böhm., 42, 281 (1918). — 4) J. Stoklasa, Ztsch. landw. Vers.wes. Ost, //, 52 (1908); 15, 711 (1912); Bl. f. Zuckerrüb.Anbau, 21, 5 (19J4). — Kritik: Th. Weevers, Rec. trav. botan. N^eriand., 8, 289 (1911). — 5) Kosütany, Just (1881), I, 39. — 6) H. HabedAxn'K (1870), zit. bei Wolff, IT, 43. — 7) C Kehpely, Botan. Zentr., 126, 6 39 (1914). Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. AufL, II. Bd. 28 434 Fünfundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Laubblätter. der Reinasche trotz der absoluten K-Zunahme einen immer geringer werdenden Anteil. Als Beispiel, wie sich die absoluten Kaliwerte während der Vegetationsperiode stellen, seien die durch Tucker und Tollens für 500 Platanusblätter ermittelten Zahlen angeführt: Trockensubstanz Reinasche K,0 Na,0 13. Juni 142,5284 8,6985 1,9483 0,3152 15. Juli 184,6968 14,6187 2,1055 0,4187 22. Aug. 182,7988 17,8137 2,123 0,4299 7. Sept. 193,8481 20,1175 2,2313 0,5641 8. Okt. 196,2402 21,3332 1,5658 0,2898 24. Okt. (ungedeckt) 148,8130 17,9706 0,9937 0,2439 24. Okt. (gedeckt) 152,8367 5 Nnv 19,3781 1,099 0,3211 ^ ) . 1 > O V . (ungedeckt) 166,0675 20,3449 0,8872 0,2273 Erst zum Ende drr Vegetationsperiode zeigt sich eine ansehnliche Verminderung, welche möglicherweise als Rückströmen in die Speicher- gewebe der Zweige zu deuten ist. Das Natron zeigt diese Verhältnisse nur schwach ausgeprägt. Schon weniger zutreffend wird das Bild, wenn man die Reinasche- menge und KaJimenge in Prozenten des Frischgewichtes ausdrückt, doch erscheint hier noch immer das stetige Anwachsen der Kalimenge ersichtlich. So in den Zahlen von Dulk für Fagus silvatica: In 1000 g Frischgewicht von Buchenblätteru v/aren enthalten: am 26. Mai 26. Juni 26. Juli 25. Aug. 26. Sept. 26. Okt. 7. Nov. Reinasche . 9,72 13,56 17,21 20,79 20,27 21,96 21,49 Kali . . . 3,15 4,14 4,23 5,14 5,02 7,72 4,43 Grandeau und Fliche fanden in 1000 g Frischsubstanz der Blätter bei Robinia am 2. Mai 5,067; 3. JuU 5,341; 7. September 2,410; 13. Ok- tober 1,701 Teile Kali; bei Prunus avium am 28. April 7,67; 3. JuU 5,17; 7. September 3,46; 2. Oktober 3,83 Teile Kalium usw. Der Abfall an Kali zeigt sich erst knapp vor dem Ende der Vegetationszeit ausgeprägt. Die- selben Autoren geben noch analoge Daten für Castanea und Betula; in den Zahlen von Bretschneider und Küllenberg (Wolff I, 109) zeigt sich für Linum ein kontinuierUches Ansteigen des Kali bis zum Schluß. Auch sind die Daten von Wunder (1) für Turnips und von Schulz (2) für (a- chorium zu vergleichen, sowie jene von Bretschneider (zit. bei Wolff I, 86) für Zuckerrübe. Rechnet man das Kali, wie es in den vorhandenen Analysen so viel- fach geschah, in Prozenten der Reinasche, so stellt sich ein stetiger Abfall heraus, weil andere Aschenstoffe, besonders Kalk, rascher zunehmen als das Kali. So verringerte sich der Prozentgehalt der Asche von Solanum tuberosum-Blättern nach Wolff (I, 75) vom 1. Juli zum 2. Oktober von 31,3 auf 6,38%, jener der Zuckerrübenblätter nach Bretschneider und Metzdorff (Wolff I, 87) vom 20. Juli bis 16. Oktober von 17,75 auf 12,62%, 1) G. Wunder, Landw. Vers.stat, j, 191 (1861). — 2) H. Schulz, Ebenda, p, 203. § 2. Die einzelnen Mineralstoffe, 435 der Kaligehalt der Asche der zwei oberen Blätter von Avena sativa in den Versuchen von Arendt (1) vom 10. Juni bis 31. Juh von 50,42 auf 24,81 %. Speziell für Getreidearten erbrachte Pierre (2) den Nachweis der stetigen Kalizunahme bis zur P>uchtreife, und für Mesembryanthemum und Sedumarten kam Andre (3) zu demselben Ergebnis. Auch bei mehrjährigen Blättern tritt nach den Erfahrungen von ScHROEDER, DuLK, Grandeau und Fliche das Verhältnis zutage, daß der Kaligehalt (absolute Zahlen liegen nicht vor, nur Werte für den Kaligt- half von 1000 g frischer Blattsubstanz) im ersten Jahre stetig zunimmt und mit geringen Schwankungen während der ganzen Lebensdauer der Blätter erhalten bleibt. In Prozenten der Reinasche gerechnet, nimmt auch hier der Kaligehalt infolge des Anwachsens anderer Aschenbestanteile stetig ab. Nach DuLK enthielten Nadeln von Pinus silvestris: Trocken- Asche darin K,0 darin Asche und K„0 in substanz Proz. Proz. 1000 g Frischgewicht 5. Juli Ijähr. 29,27 2,08 38,59 6,09 2,35 3- „ 2 „ 48,35 1,56 25,14 7,54 2,39 5. „ 3 „ 48,-39 1,85 21,64 8,95 1,63 5. „ 4 „ 49,31 2,08 17,97 10,26 1,84 27. Okt. 1 „ 37,02 2,41 .38,87 8,92 3,47 27. „ 2 „ 40,44 2,31 30,86 9,34 2,88 Nach den bei Wolff mitgeteilten Analysen ergab es sich in einigen Fällen, daß die Meereshöhe des Standortes Einfluß auf die Größe des Anteils des Kali an der Zusammensetzung der Blätterasche nahm; ob tatsächlich derartige Befunde regelmäßig vorkommen, wäre noch zu bestätigen. Die albinotischen Blätter von Quercus rubra, welche Church unter- suchte, enthielten in ihrer Asche prozentisch viel mehr Kali und viel weniger Kalk als die grünen Blätter; auch in Prozenten der Frischsubstauz ergab sieh eine K- Vermehrung in den weißen Blattstellen. Grün . . . 29,10% KjO der Reinasche 0,46% KjO der Frischsubstanz Albinotisch 42,38% „ „ „ 1,13% „ „ Im Zusammenhange mit dem verminderten Kalkgehalt wird auch bei etiolierten Blättern der Kaligehalt etwas höher angegeben als in normalen grünen Blättern. Welche Rolle das Kali im Stoffwechsel und in den Funk- tionen der Laubblätter übernimmt, läßt sich derzeit in keiner Weise be- stimmen. Daß Ansichten, wie jene von Stoklasa, über die Rolle des Kali als COa-Bindemittel und Kondensationsmittel des bei der Chlorophyll- tätigkeit entstehenden Formaldehyds ebenso schwankend sind, wie jene von MiTTELSTAEDT (4), welcher im Kali die „Funktion eines Kraftüber- trägers" erblickt, welchem die Kondensation des Formaldehyds zu Zucker und Stärke obliegt, braucht keine nähere Ausführung; aber auch Weeveks Ansicht, daß das Kali beim Eiweißumsatz mitwirke, ist nur eine in allge- meiner Form geäußerte Hypothese. Natron ist ein ganz regelmäßiger Bestandteil der Laubblattasche, wenn auch seine Quantität nicht selten bis unter 0,01 % der Reinasche 1) R. Arendt, Landw. Vers.stat., /, 50 (1860). — 2) J. Pierbe, Compt. rerni.. 68, 1526 (1868); Ber. ehem. Ges., j, 35 (1870); Ann. agron., 2, 59 (I876j; Bieder- manns Zentr. Agrik. Chem., /o, 266 (1876). — 3) G. Andrä, Compt. rend., 137, 1272 (1903). — 4) 0. MiTTELSTAEDT, Chem. Zentr. (1896), II, 632. 28* 436 Fünfundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsei der Laubblätter. herabsinkt. 1—3% NsgO in der Reinasche ist in den Aschenanalysen von Blättern die gewöhnUchste Angabe. Doch steigt der Gehalt auch bei Nicht- Halophyten öfters bis auf 5—10% hinauf. Aus den bei Wolff mitgeteilten Analysen seien als höhere Natronzahlen folgende namhaft gemacht: Bambusa arundinacea Daucus Carota ... Cichorium Intybus , Brassica Rapa . . . Scrophularia nodosa Orchis Morio. ... Cactus Brassica oleracea . Na,0 . 12,77% . 30,80% . 28,08% . 20,26% . 19,49% • 24,71% . 36,07% . 14,42% Spinacia oleracea Na,0 39,16% Zuckerrübe 39,26% Mangold in der Nähe des Meeres 41,89% Senecio vulgaris 18,55% Conium maculatum. . . . 18,44% Ranunculus Ficaria . . . 15,27% Nach Blackledge (1) ist der NaCl-Gehalt der Blätter von Acer, Ulmus, Hex in der Nähe der Meeresküste gi-ößer; das Salz soll aus der At- mosphäre durch die Blätter direkt aufgenommen werden. Die Schwankungen des Natrongehaltes sind durchwegs sehr be- trächtliche, so daß obige Zahlen nur als zufällige Maximalwerte für die betreffenden Pflanzen angesehen werden können. So schwankt nach Wolffs Daten der Natrongehalt der Blätter von Solanum tuberosum von Spuren bis 7,4%, bei Futterrunkel von 10,4-34,6%, Zuckerrübe 2,7-30,8%, Turnips 4-20,3%, Daucus 8,8-28,7%, Cichorium 4,1-28,1% und von Nicotiana nach Kosutany von 0,03—10,7% der Reinasche. Es wurde schon erwähnt, daß der Natrongehalt wälirend des Lebens- ganges der Blätter die Veränderungen, welche der Kaligehalt aufweist, nur andeutet und dieselben nicht präzise mitmacht. Möglicherweise dient das Natron einer Reihe von Funktionen, ganz analog wie das Kali, ohne es in jeder Hinsicht ersetzen zu können. Doch ist über eine derartige partielle Substitution noch nichts Beweisendes bekannt geworden. Daß natronreiche Blätter prozentisch weniger Kali enthalten müssen als natronarme Organe, ist selbstverständlich, und nur absolute Werte für Kah und Natron könnten hier etwas über das obwaltende Verhältnis aussagen. Kalk ist in den meisten Fällen derjenige Mineralstoff, welcher den hervorragendsten Anteil an der Zusammensetzung der Asche von vollent- wickelten Laubblättern nimmt, und während des Wachstums der Blätter am ausgiebigsten eine Vermehrung erfährt. Ältere und neuere Beobachtungen lehren, daß manche Pflanzen gegen eine Herabsetzung der Kalkzufuhr sehr empfindlich reagieren, wie schon Boehm (2) für Phaseolus fand, und es wird an anderer Stelle zu zeigen sein, daß die Schädigung unter gewissen Bedingungen besonders leicht erfolgt (Gegenwart größerer Mengen von Magnesiumsalzen). Die Angaben Schimpers (3), daß junge Triebe von Tradescantia Selloi in kalkfreien Lösungen kalkfreie Blätter von normaler Beschaffenheit hervorzubringen vermögen, sind nach den Nachprüfungen von LoEW (4) und Benecke (5) wahrscheinlich nicht aufrecht zu erhalten. Kein Zweifel kann darüber bestehen, daß die Funktionen, welche von Kalk- verbindungen im Stoffwechsel der Laubblätter ausgeübt werden, sehr mannig- faltiger Natur sind. Schon das stete Anwachsen des Kalkgehaltes dey Blätterasche mit zunehmendem Alter des Organs, ferner das vikariierende 1) L. M. Blackledge, Ann. of Botan., 27, 168 (1913). — 2) J. Boehm, Ber. ehem. Ges., 5, 682 (1875). - 3) F.W. Schimpeb, Flora (1890), p. 245. — 4) 0. LoEW, Flora (1892), p. 373. — 5) W. Benecke, Botan. Ztg. (1903), I, 104. § 2. Die einzelnen Mineralstoffe. 437 Verhältnis zur Kieselsäure, welches in vielen Fällen gefunden wird, deutet darauf hin, daß den Kalkverbindungen eine wichtige Bedeutung beim Aufbau des Zellhautgerüstes der Blätter zufällt und der Kalk die Rolle einer ,, Stütz- substanz" ebenso übernimmt, wie er im Tierreiche als schalen- und knochen- bildende Substanz aufzutreten pflegt. Wie in Bd. I, p. 670 ausgeführt wurde, dürfen wir, auf manche Befunde gestützt, annehmen, daß in der Mittel- lamelle der verschiedensten Gewebe Kalkverbindungen (pektinsaurer Kalk) reichlich zugegen sind. Auf andauernde Bindung von Kalk durch Substanzen der Zellmembranen ist es vielleicht auch zurückzuführen, wenn in den mehr- jährigen Coniferennadeln die Kalkmenge durch mehrere Vegetationsperioden hindurch vermehrt wird. Wir finden den Kalkreichtum der Blätter immer dann geringer, wenn die Ausbildung des Zellhautgerüstes eine Hemmung erleidet, was speziell bei Unterbleiben der Kohlensäureassimilation eine gewöhnliche Folge darstellt. So fand Church in albinotischen Blättern von Quercus rubra nur 8,25% der Reinasche an Kalk, während die Asche der grünen Blätter dieser Eichenart 24,5% Kalkgehalt aufwies. Auch etiolierte Blätter enthalten viel weniger Kalk als normale Lichtblätter. Weber fand bei Pisum den Kalkgehalt der Asche grüner Blätter mit 25,13%, während etiolierte Erbsenblätter nur 12,18% Kalk in der Reinasche enthielten. Natürlich muß schon daraus, daß eine normale Ausbildung des Zellhaut- gerüstes ohne ausreichende Versorgung mit Kalk in passender Form nicht stattfinden kann, auch umgekehrt die assimilatorische Funktion des Blattes durch diesen schweren Defekt und die intensive Wachstumsstörung sehr leiden. Daß noch andere Einflüsse von Kalkmangel auf die Assimilations- tätigkeit entfaltet werden können, ist nicht unwahrscheinlich, doch zeigen die Erfahrungen von Molisch und von Benecke über Gedeihen mancher chlorophyllführender Algen in kalkfroien Nährlösungen, daß kaum eine all- gemein geltende und direkte Beziehung zwischen Kalkverbindungen und Chlorophylltätigkeit bestehen düi-fte. Auf Grund der Erfahrung, daß die durch Oxalate und Magnesiumsalze entstehenden Schrumpfungen des Cytoplasmas und Verquellungen der Chloroplasten durch Zusatz eines Kalk- salzes bei grünen Pflanzen verhindert werden können, hat 0. Loew{1) die Theorie aufgestellt, daß die Zellkerne und Chloroplasten grüner Pflanzen aus Kalkproteinverbindungen bestehen, welche durch Wechselwirkung mit Oxalaten oder Mg-Salzen zerstört werden, sobald kein hinreichendes Zu- strömen von Kalkverbindungen in die Zelle statthat. Direkte Beweise für derartige Auffassungen ließen sich jedoch bisher nicht beibringen. Die durch (besonders lösliche) Ca-Salze zu erzeugende Chlorose mancher Pflanzen, z. B. bei Lupinus, ist wahrscheinlich eine indirekte Wirkung (Minder- absorption von Fe) und beruht auch auf Verminderung der H'-Ionenkonzen- tration im Substrat (2). Daß Kalkverbindungen in den Laubblättern ausgiebig zur Bindung von Stoffwechselprodukten, die in größerer Ansammlung s(?hädlich wirken würden, wie es bei Säuren, vor allem Oxalsäure, der Fall ist, herangezogen werden und hiermit wichtige Stoffwechselfunktionen ausüben, ist kaum zu bezweifeln, und die anatomische Erfahrung lehrt, daß sehr große Mengen von Kalk, als Oxalat gebunden, in den Laubblättern vorkommen können. Doch braucht man nicht, wie.es Schimper yielleicht zu einseitig tat, in der Oxalsäurebindung die Hauptfunktion des aufgenommenen Kalkes zu er- blicken. Dies folgt schon daraus, daß nicht alle Blätter Oxalsäure bis zur 1) 0. LOEW, Landw. Jahrb. (1902) (1903), Flora (1903), p. 489; (1892). p. 382. Hierzu: P. Bruch, Landw. Jahrb. (1901); Benecke, Botan. Ztg. (1898), I, 92; (1904), II, 113. — 2) Hierzu Maz^:, Ann. Inst. Pasteur, 28, 21 (1914). 438 Fünfundfünfzigstes Kapitel; Der Mineralstoffwechsel der Laubblätter. Grenze toxischer Wirkungen formieren und auch bei genügender Kalkzufuhr Ralkoxalat nicht in allen Pflanzenblättern abgelagert wird (1 ). Über die biologische Bedeutung der Kalkablagerung ist vor allem auf die Darstellung Stahls hinzuweisen (2). Die Ansicht, daß den Kalkverbindungen eine Avichtige Rolle bei der Translokation der Kohlenhydrate in den Laubblättern zuzuschreiben wäre [XoBBE, Raumer und Kellermann, Liebenberg, Prianischnikow (3)], halte ich nicht für wahrscheinlich und keinesfalls ist dieselbe soweit fundiert, als daß sie einer kritischen Diskussion zugänglich wäre. Akzessorische Bedeutung kommt Kalkverbindungen gewiß in vielen einzelnen Fällen zu, die einer speziellen Diskussion hier nicht unterworfen werden können. Hingewiesen sei darauf, daß z. B. zur normalen Ausbildung von Cystolithen in zahlreichen Fällen die ausreichende Kalkzufuhr eine not- wendige Vorbedingung darstellt (4), so auch bei vielen Haaren usw. In ausgewachsenen Blättern findet man nicht selten 50—60%, ja noch mehr an Kalk in der Reinasche. So enthalten nach den Zusammenstellungen von WOLFF die Blätter von: Olea europaea. . . . 52,82% CaO Abies pectinata . . . 66,54% CaO Prosopis Algarobilla . 60,47% ,, Citrus Aurantium . . 56,38% ,, Humulus Lupulus . . 49,67% ,, Ephedra vulgaris . . 56,83% ,, Nicotiana Tabacum . 54,33% ,, Vitis vinifera . . 34—60,9% „ Pirus Malus 53,39% ,, Cynara Scolymus . . 53,07"r, ,, Sedum album .... 65,21% „ Glaucium luteum . . 52,07% „ reflexum. . . 53,99% „ Carpinus Betulus . . 61,14% „ Sonst ist 20—40% Kalkgehalt in der Blätterasche die Regel. Pflanzen, welche Kalkboden lieben, zeichnen sich nicht in allen Fällen durch höheren Kalkgehalt ihrer Blätter aus. Beispiele: Erica carnea . . . . 32,07% CaO Triticum repens . . . 7,28% CaO Leontopodium alpi- Galeopsis Ladanum . 24,93% „ num . 29,80% „ Sedum album . . . 65,21% „ Onobrychis sativa . • 31,01% „ Festuca glauca . . • 23,24% „ Sesleria coerulea . . 17,13% '„ RIedicago sativa . . . 41,34% „ Über minimale Werte des Kalkgehaltes bei Laubblättern geben nach- folgende Zahlen Aufschluß: Thea chinensis . . . 8,77% CaO Bambusa arundinacea 4,48% CaO Carex stricta .... 3,61% ,, Saccharum officinarum 3,13%j ,, ,, vesicaria . . . 4,90% ,, Tripsacum dactyloides 1,64% „ „ vulpina . . . 7,20% „ Briza media .... 2,00% „ 1) Kohl, Kalksalze u. Kieselsäure (1889). Groom, Ann. of Boten. (1896), p. 9.Ö; P'estleguiig der Ca- u. Si-Körper in Pflanzenzellen: M. MÖBiue, Ber. botan. Ges., 26, 29 (1908); Wiesner- Festschrift, Wien 1908, p. 81. Auch B. Gram, Mem. Ac. Roy. Danemark (7), "^ Oktober 5,39%o, im Mai des dritten Lebensjahres 6,71%o, i"^ Oktober 6,797oo, ™ ^l^i des vierten Lebensjahres 10,14*'/oo, im Oktober 12,83 %„ und im Mai des fünften Lebensjahres 18,92'*/oo- 1" Prozenten der Reinasohe stieg der Kalkgehalt von 15,53-69,32%. Der Alkoholextrakt von Blättern enthält nach Seissl (3) viel mehr Mg als Ca. Barytgehalt von Blättern gehört wohl zu den selteneren natürlichen Vorkommnissen. Der auf barythaltigem Nilschlaranie erwachsene ägyptische Weizen wurde durch Dworzak (4) untersucht. Hier waren die Blätter 1) Vgl. z. B. J. Seissi., Ztsch. landw. Vers.wes. Ost., w, 88 (1907). - 2) Für Beta auch K. Andrlik u. J. Urban, Ztsch. Zuck. Ind. Böhm., 34, 75 (1910). — 3) J. Seissl, Ztßch. landw. Vorswes. Ost., /;, 623 (1914). - 4) H. Dworzak, Landw. Vers.stat., /;, 398 (1874). 440 Fünfundfünfzigetes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Laubblätter. reicher an Baryt als Hie Stengel, und 5,506 g Blätterasche enthielt 0,0049 g BaO, während 5,806 g Stengelasehe nur 0,0015 BaO aufwies. Spallino (1) wies Baryt in Tabakblättern nach. Die bisher aufgedeckten Verhältnisse des Magnesiagehaltes der Laubblätter bieten manche beachtenswerte Momente dar, doch müssen erst künftige experimentelle Forschungen bestimmte Anhaltspunkte zur Be- urteilung der Funktionen, welche Magnesiaverbindungen im Stoffwechsel der Blätter übernehmen müssen und übernehmen können, liefern. Wichtig ist es jedenfalls, daß wir den Magnesiaverbindungen einen unentbehrlichen Anteil an der Konstitution des Zellplasmas und der Reserveproteide zu- erkennen müssen, so wie die sichere Erfahrung, daß der Chlorophyllfarb- stoff eine magnesiumhaltige Verbindung darstellt, und so die wichtigsten Funktionen des Blattes augenscheinlich mit dem Magnesium zusammen- hängen. Auch an Phytinsäure gebunden ist Mg allgemein verbreitet. Damit müssen aber nicht alle Funktionen des Magnesiums erschöpft sein, und es erscheint jedenfalls bemerkenswert, daß eine Reihe von Beobachtungen ein stetes Ansteigen des Magnesiumgehaltes nicht nur absolut, sondern auch in Reinaschenprozenten gerechnet feststellen, so daß die Frage aufzuwerfen ist, ob nicht Magnesium analog wie in den tierischen Knochen, auch in pflanzlichen Zellhäuten, wenigstens in manchen Fällen als „gerüstbildende" Substanz auftreten kann, so wie Kalk. Doch ist dieser Frage bisher noch nicht experimentell näher getreten worden. Daß aber Magnesiumsalze unter bestimmten Bedingungen bei chloropliyllhaltigen Organen auch schädliche Wirkungen ausüben können, ist eine sehr interessante, schon von Wolff, NoBBE, BoEHM (2) beobachtete Tatsache, welche von Raumer, 0. Loew, sowie Atterberg und Ulbricht (3) in ihrem Zusammenhang mit Kalk- mangel erkannt worden ist. Loew hat mit Recht betont, daß das gegen- seitige Mengenverhältnis von Kalk und Magnesia: ,, Kalkfaktor" eine wichtige Größe für das Gedeihen der Pflanzen darstellt. Selbstverständlich ist es jedoch nicht erlaubt, alle schädlichen Wirkungen des Kalkmangels auf Giftwirkungen gleichzeitig anwesender Magnesiumsalze zu beziehen, und übrigens ist, wie Benecke gezeigt hat, die durch Kalkzufuhr reparable Schädigung nicht für Mg spezifisch, sondern läßt sich auch durch andere Salze und Salzgemische {KNO3 + Kaliumphosphat) erzeugen. Loew meinte, daß Baryt und Strontium ähnlich wirken wie Magnesia. Der Magnesiagehalt der Blätterasche geht nicht selten über den Ge- halt an Magnesia in Samennährgeweben und anderen Reservestoffbehältern bedeutend hinaus. Hohe Mg-Werte sind unter anderem folgende (nach Wolff) : Prunus avium . . . 12,33% MgG Beta vulgaris (Zucker- Acer campestre . . . 10,49% Stellaria media . . . 21,80% Solanum tuberosum . 28,47% Hex Aquifolium . . 20,58% Spiraea Ulmaria . . 18,02% rübe) 25,93% MgO Erica carnea .... 15,54% ,, Betula alba .... 15,35% „ Scrophularia nodosa 15,65% ,, Herniaria glabra . . 18,90% „ 1) R. Spallino, Gazz. chim. ital., 43, H, 475 (1913). Auch Artis u. Max- well, Chem. NewB, 114, 62 (1916). — 2) Wolf, Landw. Vers.stat., 6, 218; Nobbe, Die organ. Leistg. des Kaliums, p. 80. Boehm, Sitz.ber. Wien. Ak., 71 (1875). — 3) Raümeb, Landw. Vers.stat., 25, 25 (1880). 0. Loew, Flora (1892), p. 380; (1903), p. 489. Atterberg u. Ulbricht, Landw. Vers.stat. (1892); (1902), p. 104). Seissl, Zisch. landw. Verswes. Ost., 6, 537 (1903). 28,5% MgO Zuckerrübe . . . 6,8-20,5% Mg 9,3% „ Futterrunkel . . 6,7-14,5% „ 6,7% „ Cichorie . . . . 1,1- 6,5% „ 24,8% „ § 2. Die einzelnen Mineralstoffe. 441 Als Minimalwerte seien angeführt: Acacia Cebil .... 1,85% MgO Trifolium pratense . . 0,70% MgO Gossypium herbaceum 0,94% „ Medicago sativa . . . 1,00% „ Larix decidua 0,78% „ Brassica Rapa . . . . 1,00% „ Hordeum murinum. . 1,00% „ Thea chinensis 0,80% ,, Triticum repens . . . 0,05% „ Cichorium Intybus . . 1,11% „ Dies sind aber nur zufällige und nicht konstant auftretende Befunde bei der betreffenden Pflanzenart. Für die Größe der vorkommenden Schwan- kungen mögen folgende Daten Beispiele sein (nach Wolff): Kartoffel . . . .7,0- Turnips 1,0- Möhre 1,2- Tabak 6,1- Am häufigsten enthält die Blätterasche 3-8% MgO. Kalkpflanzen unterscheiden sich im MgO-Gehalte nicht von Urgebirgspflanzen. Aus den angeführten Daten könnte man vermuten, daß in manchen Fällen tatsäch- lich weitaus der größte Teil der vorhandenen geringen Mg-Menge als Eiweiß- verbindung, Phytin und im Chlorophyllfarbstoff gebunden vorkommt. Be- merkt sei, daß die kalkarmen und kieselsäurereichen Gramineenblätter auch wenig Magnesia führen; doch kann der MgO- Gehalt der Asche in änderten Fällen selbst deren Kalkgehalt übertreffen. Daß sich der MgO-Gehalt etiolierter Blätter in auffallender und konstanter Weise vom MgO-Gehalt grüner Blätter unterscheidet, haben die Aschenanalysen bisher nicht ergeben. Das Ansteigen des MgO- Gehaltes in absoluter Gewichtsmenge während der Entwicklung und des Alterns der Blätter haben Tucker und Tollens für 500 Platanusblätter verfolgt. Am 13. Juni wurden 0,24 g MgO gefunden, das Maximum von 0,85 g Ende August, worauf bis zum Laubfall eine geringe Abnahme bis 0,69 g sich einstellte. Grandeau und Fliche geben Zahlen, auf 1000 g Frischgewicht berechnet, wonach bei Robinia, Prunus avium, Betula und Castanea der Mg- Gehalt ziemlich erhebhch anstieg, am stärksten bei Prunus und Betula: bei ersterem von 1,83 %o ^uf 5,77 7oo7 bei letzterer von 0,550/00 auf 3,82 7oo von Ende April bis Oktober. Bei Fagus fand Dulk die Zunahme weniger groß. Bei Aesculus und Syringa konnte Andre (1) ein mit der Assimilationstätigkeit ziemlich übereinstimmendes Ansteigen und Abfallen des organisch gebundenen Mg in den Blättern beobachten. Bei der Zuckerrübe fanden Bretschneider und Küllenberg in 1000 g Frischgewicht der Herzblätter 0,61 g, der äußersten Blätter aber 3,49 g MgO. Andere Analysen, wie jene der Cichoriumblätter von Schulz und der Leinblätter von Bretschneider und Küllenberg zeigen nur geringe Be- wegungen der Mg- Quantität während der Blattentwicklung. In Prozenten der Asche berechnet, stellte sich in den Analysen von Grandeau und Fliche nur für Prunus und Betula eine starke Mg- Vermehrung heraus, bei der Birke von 4,4% auf 16,41%; in den anderen Fällen war der prozentische Mg- Gehalt der Asche zurückgegangen. Für Zuckerrübe fand Bretschneider in der Asche der innersten Blätter 6,71% MgO, in der Asche der äußersten Blätter 24,48% MgO. Nur der Kalkgehalt zeigte in diesen Fällen einen ähnlichen Gang der Veränderung. 1) Andre, Compt. rcnd., 162, 506 (1916). 442 Fünfundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Laubblätter. Auch für mehrjährige Blätter ergab sich ein kontinuierhches Ansteigen des absoluten Mg-Gehaltes bis zum Abfall der Blätter. So fanden Grandeau und Fliche, daß die Nadeln von Pinus austriaca in ganz jungem Zustande auf 1000 g Frischgewicht 0,88 g MgO enthielten, als vierjährige Organe aber 2,5- g. Auf Reinascheprozente umgerechnet, nimmt der Magnesiagehalt aber in den Nadeln während des Älterwerdens ab. Interessant ist, daß jähr- lich zur Zeit der lebhaftesten Assimilationstätigkeit der Gehalt der Blätter- asche an Mg emporschnellte. 3. Mai 26. Juni 4. Sept. 22. Okt. 1. Lebensjahr — 18,42% 25,89% 6,48% 2. 6,27% 9,43% 8,28% 5,81% 3. 9,71% 11,87% 9,70% 10,86% 4. 9,35% 16,79% 14,62% 11,18% 5. 8,91% — — Tonerdegehalt der Asche von Laubblättern wird häufig als zu- fälliges, nicht konstantes Vorkommnis verzeichnet. So fand Bergstrand (1) bei Rubus arcticus auf alaunreichem Boden der schwedischen Provinz Vesterbotten 3,47—5,59% der Asche an AI2O3. Bereits Fürst Salm Horst- mar (2) erkannte bei seinen Versuchen mit Avena die Tonerde als entbehr- lichen Aschebestandteil der Blätter. Ein sehr bemerkenswertes Vorkommnis stellen die Tonerdekörper dar, welche Radlkofer ^8) bei einer Anzahl von Symplocos-Arten im Palisadenparenchym der Blätter (aber auch in den Zweigrindenparenchymzellen) auffand. Wahrscheinlich ist auch in die Epidermismembran Tonerde eingelagert. Mehr als 50% der Asche von Symplocosblättern besteht aus Tonerde. Nähere biochemische Unter- suchungen hierüber wären noch anzustellen. Wie die altbekannte Erscheinung der Chlorose grüner Pflanzen und deren Heilung durch Eisendarreichung lehrt (vgl. Bd. I, p. 555), ist der geringe Eisengehalt, welchen man in Laubblättern stets feststellen kann, ein notwendiges Lebensbedürfnis. Man kann sich z. B. bei Mais relativ leicht überzeugen, daß in Wasserkulturen das im Samen gebotene Eisen nicht lange ausreicht, und die Pflanzen schon in mäßigem Entwicklungs- grade ihre Blätter verbleichen lassen. Zusatz von etwas Eisenvitriol äußert bereits nach 1 —2 Tagen seine Wirkung im Erscheinen grüner Streifen längs der Blattnerven und bald sind die Blätter voll dunkelgrün. Wenn man sieht, welch ansehnliches Trockengewicht ein Schimmelpilz bei Gegenwart der geringen Eisenspuren, welche in den dargereichten Nährmaterialien und den ausgesäeten Conidien geboten waren, erzeugt, könnte man auf die Vermutung kommen, daß das Eisenbedürfnis der Laubblätter ein relativ größeres ist, als der Eisenbedarf bei Pilzen; doch liegen vergleichende Unter- suchungen nicht vor, die hierin eine Entscheidung zuließen. Die an anderer Stelle dargelegten Erfahrungen über den Chlorophyllfarbstoff haben er- geben, daß das Pigment der Chloroplasten selbst eisenfrei ist, im Gegensatze zum roten Blutfarbstoff der Wirbeltiere und man ist gänzlich im Unklaren, wo die Störung eingreift, welche die Chloroplasten bei Eiseumangel befällt; vielleicht leiden die Stromata, worauf die Angabe von Moore (4) hindeutet, daß man im farblosen Anteil der Chloroplasten Eisen nachweisen kann; 1) Bergstrand, Just (187.Ö), p. 879. — 2) Salm-IIorstmar, Ann. Chim. et Phys. (3), 35, 54 (1852). — 3) L. Radlkofer, Ber. botan, Ges., 22, 216 (1904). ~ 4) B. Moore, Proc. Roy. Soc, B, 87, 556 (1914). § 2. Die einzelnen Mineralstoffe. 443 Nachuntersuchungen wären wünschenswert. NatiirHch besteht aber auch die Möglichkeit, daß keine direkte Schädigung der Chloroplasten vorliegt, sondern die Chlorophyllkörner vom Cytoplasma aus durch Störung der Wechselbeziehungen irgendwie indirekt affiziert werden. Schädigungen der Zellkerne durch Eisenmangel könnte man erwarten, sind aber bisher noch nicht beobachtet worden. Die von Curtel (1) näher studierte Tatsache, daß chlorotische Pflanzen verminderte Atmungstätigkeit und verminderte Transpiration zeigen, vermag ebenfalls für sich noch nicht das Rätsel der Chlorose näher aufzuhellen. Daß bei Kulturpflanzen, die an sauren Boden gewöhnt sind, Chlorose auftritt, sobald sie auf Kalkboden gezogen werden (Zea, Lupinus, Vicia) erklärt Maze (2) damit, daß unter diesen Verhält- nissen das Eisen in schwer aufschließbarer Form geboten wird, welche die Wurzeln nur ungenügend ausnutzen können. Außer diesen wichtigen Beziehungen des Eisens zum Stoffwechsel der Laubblätter deutet die Tatsache, daß der Eisengehalt in älteren Blättern einen namhaft größeren Anteil an der Zusammensetzung der Asche zu nehmen pflegt [dies hob bereits Boussingault (3) hervor] darauf hin, daß Eisen- verbindungen noch an anderen Stoffwechselprozessen partizipieren. Es ist endlich sehr wahrscheinlich, daß ein gewisses Ausmaß der Eisenzufuhr auch bei Laubblättern eine Wachstumsförderung als chemische Reizwirkung entfaltet. Bei Düngungsversuchen mit Eisenvitriol im natürlichen Boden ist nicht zu vergessen, daß die Aufnahmeintensität durch Überführung des leicht löslichen Salzes in schwer lösliches Carbonat, Phosphat, durch die Entstehung basischer Salze, Hydroxyd in schwer zu bestimmender Weise modifiziert und reguliert wird, und die von der gebotenen Konzentration abhängige Reizwirkung nicht zutage treten muß. Trotzdem erhielt Grif- FITHS (4) positive Resultate, eine Wachstumsförderung nach Eisenvitriol- düngung. Die negativen Erfahrungen Kellners (5) dürften auf die ge- nannten Nebenumstände zurückzuführen sein, und widersprechen nicht den von anderer Seite tatsächlich angegebenen Erfolgen. Meist beträgt der Gehalt der ßlätterasche an Eisen nur 1 —4%, häufig weit unter 1%, häufig aber auch mehr als 4%. Nach Wolff wurden unter anderen folgende höhere Eisenwerte konstatiert bei Proz. Proz. Ulmus campestris . . 6,86 FcgOg Diantims Caryophyllus 6,42 FcgOg Rhaphanus sativus . . 8,72 ,, Calluna vulgaris . bis 17,77 „ Vitis vinifera . . bis 10,20 ,, Triticum repcns . . . 16,17 „ Larix decidua .... 4,61 ,, Ulex nanus 7,24 ,, Linaria vulgaris . . . 7,24 „ Xanihium spinosum . 18,92 „ Nach den Analysen von Haensel (6) ist Spinat nicht das Fe-reichste Blattgemüse, wie vielfach angenommen wurde, sondern Kopfsalat: 4,51% FeaÜj der Asche, Kohlrabiblätter 3,6277%, Winterkohl 3,333%, Spinat 2,1937%. Serger (7) hatte für Spinat im Mittel auf 100 g Trockengewicht 0,104 g FcgOg angegebeu. In v.-rdünnten Alkohol ging 4,3% Extrakt mit 26,23% Asche und 0,179% Fe^Og, im Rückstand blieb 8,7% Extrakt mit 1) G. Curtel, tompt. rend., ijo 1074 (1900). - 2) P. Mazk, Ruot u. Lemoiqne, Ebenda, iss, 435 (1912). — 3) Boussingault, Agronomie, 5. 128. — 4) Griffithr, Journ. Chem. Soc, 4?, 46 (1885); 4^, 114 (1886) — 5) 0. Kellner, Landw. Vers.stat, j2. 365 (1886). Auch F. Kracci, Just (1888), p. 22. A. Succi, Ebenda. — 6) E. Haensel, Biochem. ZtBch , i6, 9 (1909). — 7) 11. Serger, Pharm. Ztg.. 5', 372 (1906J. 444 Fünfundfünf zigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Laubblätter. 9,18% Asche und 0,0656% Fe; in Benzin, Chloroform, Äther ging 1,6% Extrakt mit 19,78% Asche und 0,189% Eisen. Die Schwankungen sind jedenfalls sehr groß; bei Kartoffel 1,8—4,3%, Futterrunkel 0,5-2,7%, Zuckerrübe: Spuren bis 2,4%, Turnips 0,7-3,3%, Möhre 0,6-4,9%, Cichorie 0,8-3,3% FcgOg. Die Bindungsformen, in welchen das Eisen in den Laubblättern vor- liegt, sind völlig unbekannt. Ältere Versuche von Boussingault (1. c.) stellten bereits fest, daß nur i/i— Va des Gesamteisens in den Alkohol- extrakt von Blättern übergeht ; [doch weiß man nicht, um welche alkohol- löslichen Eisenverbindungen es sich handelt. Noch weiterer Untersuchungen bedarf es auch, wie hoch sich der Eisengehalt etiolierter und albinotischer Blätter stellt im Vergleiche zu normalem grünem Laub. Weber fand in etioHerten Pisumblättern mehr Eisen als in Lichtblättern dieser Pflanze. Alte Blätter enthalten, wie Boussingault und andere Untersucher fanden, in der Regel bedeutend mehr Eisen als junge Blätter derselben Pflanze. So enthielten alte Brassicablätter 9,64% FcgOg in der Asche, junge 2,0%; Lactuca sativa, alte Blätter 6,43% FegOg, junge 2,67%. Hin- gegen konnten Tucker und Tollens bei Platanusblättern vom 13. Juni bis November keine Eisenzunahme (absolut gemessen) feststellen, und DuLK fand den Eisengehalt von Faguslaub (auf 1000 g Frischgewicht be- zogen) im November sogar geringer als im Mai ; doch zeigt sich in der Be- rechnung auf Ascheprozente auch hier eine kleine Vermehrung. Grandeau und Fliche konstatierten die Zunahme an Eisengehalt der Blattasche bei verschiedenen Holzgewächsen. Auch in den mehrjährigen Coniferennadeln fanden die letztgenannten Autoren eine fortdauernde Steigerung des Eisen- gehaltes (auf 1000 g Frischgewicht gerechnet) von der Jugend bis zum Lebensende: junge Nadeln enthielten 0,088 7oo> 5jährige 0,5400/oo FcgOg. Doch war der Zuwachs an Eisengehalt nicht so bedeutend, als daß auch die Aschenprozentzahl hätte eine deutliche Eisenzunahme erkennen lassen. Mangangehalt ist bei Laubblättern ein sehr gewöhnhcher Befund, doch wie schon Salm-Horstmar erkannte, stellt Mangan einen weder regel- mäßig gefundenen, noch notwendigen Aschenstoff dar. Councler (1 ) fand in Blättern von Acer Pseudoplatanus 0,54%, Syringa vulgaris 0,7%, Fagus silvatica 9,55%, Gentiana ciliata 1,37%, Adonis aestivalis 0,45% Mn304 in der Asche. Viel Mangan fand Jones (2) in den Buccoblättern von Barosma crenatum. Rüge (3) gab Mangan von Ranunculus fluitans an und Romburgh(4) von den Teeblättern. In der Blattasche von Digitalis purpurea ist stets Mangan enthalten [Burmann (5)], nach den Bestimmungen von Freund (6) 0,0834-0,03661% der Trockensubstanz und 0,8652-3,8387% der Asche. Nach Jadin und Astruc (7) sind alte Blätter (auf die Frisch- substanz bezogen) meist manganreicher als junge; in der Asche erreichte aber mit einigen Ausnahmen der Mangangehalt bei jungen Blättern das Maximum. Auf dem manganreichen Boden von Oahu ( Hawaii).f and Kelle y ( 8) die Pflanzen chlorophyllärmer, in ihrer Asche mehr Mn und Ca und weniger PO4 und Mg als normal; die Blätter enthielten bis zu 8,7% der Asche an Mangan. Passerini (9) gab für die Blätter von Lupinus albus sogar einen 1) Councler, Botan. Zentr., 40, 97, 129 (1889). — 2) H. W. Jones, Pharm. Joum. (3), 9, 673 (1879). — 3) G. Rüge, Apoth.-Ztg. (1891), p. 208. — 4) van RoMBURGH u. Lohmann, Just (1898), II, 47. — 5) J. Burmann, Schweiz. Wochsch. Chem. Pharm., 49, 562 (1911). Bull. Soc. Chim. (4), 9, 957 (1911). — 6) H Freund, Pharm. Zentr.halle, 55, 481 (1914). — 7) F. Jadin u, A. Astruc, Compt. rend., 156, 2023 (1913). — 8) W. P. Kelley, Office of Ex. Sta. Bull. Hawaii (1912), 26, 56. — 9) N. Passerini, Just (1904), II, 439. § 2. Die einzelnen Mineralstoffe. 445 Mn-Gehalt von 8,96% an, wogegen im Gewebe der Stengelbasis 3,3%, des oberen Stengelteiles 3,0%, von älteren Hülsen 5,1% Mangan enthalten waren. Bei Mais sah Maze(1) eine merkwürdige „Chlorose" bei Fehlen von Mangan, ohne daß das Chlorophyll verschwindet; diese Erkrankung soll durch Blätterextrakt von Mais geheilt werden. Kupfergehalt in Spuren ist auch bei Laubblättern von Pflanzen auf kupferhaltigem Boden sichergestellt. Phosphorsäure ist in den Laubblättern in verschiedener Form an den wichtigen Tätigkeiten des Stoffwechsels unmittelbar beteiligt. Außer dem Anteil an dem Aufbau der Zellkerne, den die Phosphorsäure als ,,Nuclein- phosphorsäure" wie allenthalben nimmt, bildet Glycerophosphorsäure ein. wesentliches Konstituens der Phosphatide, Inositphosphorsäure als Ca- und Mg- Salz das Phytin. Dazu kommen wohl noch andere organisch gepaarte PO4- Körper. Nach Belzung (2) soll ein Teil der in den cactiformen Eu- phorbien nach Alkoholbehandlung in den Geweben reichlich ausfallenden Sphärite ein mit Äpfelsäure gepaartes Calciumphosphat darstellen. Nach den Erfahrungen von Schimper und von Iwanoff (3) ist in den Meso- phyllzellen anorganische PO4 nur in sehr geringer Menge vorhanden. Hin- gegen läßt sich mit Mg-Mischung oder mit Molybdänsalpetersäure PO4 in den Zellen der Parenchymscheiden der Hauptnerven nachweisen, stufen- weise weniger in den Scheiden der sekundären und tertiären Nerven. Große Mengen Phosphate, welche bei der Alkoholbehandlung als Sphärokrystalle von phosphorsaurem Kalk ausfallen, finden sich wie Leitgeb und Hansen zeigten, in den assimilierenden Stengeln cactiformer Xerophyten: Euphorbia, Stapelia, Cactaceen u. a. ; Re (4) fand dieselben auch in Agave mexicana. Hier scheint nicht das Assimilationsgewebe der Sitz der Mineralphosphate zu sein. Hingegen scheiden sich nach Tunmann (5) beim Einlegen der Stengel von Equisetum arvense Calciumphosphatkrystalle (die einen orga- nischen Körper enthalten) im Assimilationsgewebe und in den Carinalhöhlen aus. Vielleicht bestehen endhch die von Kodier (6) in Senecio vulgaris beobachteten Sphärite aus Calciumphosphat. Eine Reihe von Beobachtungen betrifft aber auch Ausscheidungen von phosphorsaurem Kalk in lebenden Blattzellen. Nobbe, Haenlein und Councler beobachteten dieselbe bei Wasserkulturexemplaren von Robinia und Soja, Zimmermann (7) in den lebenden Epidermiszellen der Stengel und Blätter einer Cyperus-Art. Der Gehalt an Gesamtphosphorsäure ist in der Asche von Laubblättern in der Regel viel geringer als bei Reservestoffbehältern, und auch in ganz jugend- lichen Blättern geht derselbe selten über 15% der Reinasche hinaus. Das Maximum des Gehaltes an Phosphorsäureionen liegt nach Iwanoff nicht bei allen Blättern in demselben Lebensstadium. Bei Sahx babylonica wurde es in jungen, sich entfaltenden Blättern gefunden, in anderen Fällen erst im völlig ausgewachsenen Blatte. Einige maximale Werte für den Gehalt an Gesamtphosphorsäure in der Asche ausgewachsener Laubblätter sind nach WoLFF folgende: 1^ Maze, Ann. Inst. Pasteur, 28, 21 (1914). — 2) E. Belzung, Journ. de Botan. (1893), p. 221. Vaüdin, Compt. rend., ist, 362 (1895). — 3) Schimper, Flora (1890). L. Iwanoff, Jahrb. wiss. Botan., j6, 361. — 4) L. Re, Annuar. Real. Ist. bot. Roma, 5, 38 (1894). — 5) 0. Tünmann, Schweiz. Wochsch. Chein. Pharm. (1910), Nr. 43. — 6) E. Rodier, Compt. rend., 108, 906 (1889). Über Phosphat- sphärite auch Schaarschmidt, Just (1882), I, 412. — 7) A. Zimmermann, ßeitr. z. Morph, u. Phjs. d. Pfl.zelle, 3, 311 (1893). 446 Fünfundfünfzigstea Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Laubblfttter. Proz. Proz. Gossypium herbaceum. 24,27 P2O5 Aescul.Hippocastan.G.V. 24,40 P2O5 Fagus silvatica 16. V. . 32,43 ,, Onobrychis sativa. . . 26,10 „ Thea chinensis . . . .21,69 ,, Fraximis cxcelsior . . 22,62 ,, Phascolus vulgaris 4. VI. 25,90 ,, Srrophularia aquatica . 29,81 ,, Syringa vulgaris . . . 26,77 ,, Betula alba 22,74 ,, Aristolochia Clematitis . 25,10 ,, Erica carnoa 21,44 „ In der Rogel dürfte das Maximum für Gesamtphosphorsäure in der Asche von Laubblättern aber zwischen 8 und 15% liegen. — In den von Haensel(1) untersuchten Blattgemüsen war das Minimum bei Spinat (8,19%), das Maximum bei Winterkohl (12,2%). Durch den reichlichen Gehalt der Asche an Kalk oder Kieselsäure sinkt jedoch in manchen Fällen auf der Höhe der Entwicklung der Blätter der relative Gehalt an Phosphor- säure bedeutend herab. So ergab sich für Beta vulgaris bis 2,08%, Cynara Scolymus bis 0,81%, Tricuspis seslerioides 1,58%, Vitis vinifera bis 0,66%, Calluna vulgaris bis 0,60%, Calamus Piotang 0,29% und Bambusa arundina- cea bis 0,18% P2O6 in der Blattasche. Schwankungen des PaOg-Gehaltes der Asche ergaben sich für Tabakblätter von 1,97 — 10,6%, Kartoffel 2,6 bis 12,1%, Futterrunkel 2,1-11,0%, Zuckerrübe 1,0-15,5%, Turnips 2,4-14,3%, Möhre 1,0-8,1%, Cichorie 4,7-9,0%. Durch Darreichung phosphorsäurereichen Düngers kann der PaOg- Gehalt der Asche des Laubes gesteigert werden, doch ist dies keine not- wendige Folge der vermehrten Phosphorsäurezufuhr. So führte Wolff (Bd. I, p. 85) Versuche mit Zuckerrübe an, welche folgende Zahlen für den P-iOg-Gehalt der Asche der Blätter ergaben: im rohen Torf kultiviert 7,64% Düngung mit Ammon u. PaOg 15,49% „ Kali u. PaOg 5,87% „ Kali, Ammon u. PgOs 5,04% „ Ammon, PgOg, Kali u. NaCI .... 4,13% „ Kali, PA, NaCl 2,77% Bei der Kartoffel beobachteten Seissl und Gross (2) Beeinflussung der Zusammensetzung der Blätterasche durch Darreichung von Phosphat- dünger. Bei Quercus rubra fand Church die weißen Partien panachierter Blätter viel ärmer an Gesamtphosphatsäure in Aschenprozenten als die grünen Stellen. Iwanoff beobachtete, daß die weißen Stellen panachierter Blätter in den Mesophyllzellen bedeutend mehr Phosphorsäureionen ent- halten, als die grünen. Der Ausfall muß demnach die organischen gepaarten Phosphorsäuren betreffen. Etiolierte Pisumpflanzen fand Weber viel phosphorsäurereicher in ihrer Asche als normal grüne Blätter: 20,29% ^2^6 gegen 12,71%. Dieses Verhältnis ist bisher nicht ohne weiteres ver- ständlich, und es bedarf einer Aufklärung, ob dabei allein der verminderte relative Kalkgehalt beteiligt ist. Die Gesamtphosphorsäure der Laubblätter erreicht eher oder später im Entwicklungsgange ein Maximum, welches verschieden lange Zeit, bisweilen bis gegen das Ende der Vegetationsperiode, bestehen bleibt; 1) E. Haensel, Biochem. Ztsch., 16, 9 (1909), — 2) J. Seissl u. E. Gross, Ztsch. landw. Vers.wes. Ost., 5, 862 (1902). § 2. Die einzelnen Mineralstoffe. 447 dann folgt aber stets (wie beim Kali) eine merkliche Verminderung, welche wahrscheinlich auf ein Rückströmen in die Achsenorgane zu beziehen ist, besonders bei Holzgewächsen. In welcher Form die Phosphorsäure ,, aus- wandert", bleibt noch sicherzustellen. Tucker und Tollens fanden in 500 Platanusblättern am 13. Juni 1,30 g P0O5, welche Menge bis Anfang Oktober unverändert blieb, und sich bis zum Laubfall auf 0,56 g erniedrigte. In den an verschiedenen Holzgewächsen ausgeführten Untersuchungen von Grande \u und Flicke wurde das Maximum der Phosphorsäure, bezogen auf 1000 Teile Frischgewicht der Blätter, meist schon Ende April gefunden, worauf stetig Verminderung eintrat; sehr stark war der Abfall der Phosphor- säure ausgedrückt in Prozenten der Reinasche: Asche von Robiniablättern enthielt am 2. Mai 21,16%, am 3. Juli nur mehr 8,69%, am 7. September 5,31%, am 13. Oktober 1,9% Phosphorsäure: infolge der starken Vermehrung des Kalkgehaltes der Asche. Bei Fagusblättern fand Dulk hingegen an Phosphorsäure, ausgedrückt in Promille der Frischsubstanz, eher etwas mehr in Herbstblättern als im Mai. Hier war die absolute Verminderung nicht ausgesprochen; prozentische Verminderung der Phosphorsäure in der Asche war aber auch hier vorhanden. Andre (1 ) fand bei Kastanienblättern die wasserlösliche PO4 in dem Jugendstadium am reichlichsten, und um so mehr Lecithin PO4, je näher die Blütezeit rückte. Für die alkohollösliche Phos- phorsäure (95% Alkohol) fand Seissl (2) in fortlaufenden Bestimmungen bei Baumblättern das Maximum später im Sommer eintretend, als für die Gesamt-POi, das Minimum in vergilbten Blättern. Der alkohollösliche An- teil des P betrug im Mittel 23,3% des Gesamt-P. Analysen von Serex (3), kurz vor Eintritt der Herbstfärbung bei Castanea dentata, Acer sacchari- num und Quercus alba vorgenommen, zeigten den Rückgang der PO4 gegen- über Frühjahrsblättern verschieden ausgeprägt je nach der Baumart, der Region der Baumkrone und der Bodenbeschaffenheit. K und N gingen gleichmäßiger zurück. Bei einjährigen Pflanzen wie Papaver und Pyrethrum liegt nach Ai^DRÄ (4) das Maximum der PO4 zur Zeit des Auftretens der Blütenknospen ; bei vollendeter Blütenbildung ist schon eine Verminderung des PO4- Gehaltes der Asche eingetreten. Bei Cichorium Intybus sah Schulz und Bretschneider-Küllenberg bei Linum ein spät eintretendes Maximum des absoluten PO4- Gehaltes; nach Wunder enthielten zweiwöchentliche Turnipsblätter 1,35, 23 wöchentliche Blätter aber 2,10 Teile PgOj auf 1000 Teile Frischgewicht. In den Herzblättern der Zuckerrübe fanden Bret- schneider-Küllenberg 1,15 Teile PgOg, in den äußersten Blättern jedoch nur 0,47 Teile auf 1000 Teile Frischgewicht. Die alten im Abfallen begriffenen Blätter enthalten nach Iwanoff nur wenig anorganische PO4. In mehr- jährigen Blättern scheint sich nach den Erfahrungen von Schroeder, Dulk, Grandeau und Fliche wenigstens in Coniferennadeln während der ganzen übrigen Lebensdauer, von kleineren Schwankungen abgesehen, der Phos- phorsäuregehalt nicht wesentlich zu ändern; in Aschenprozenten aber zeigt sich starke PgOg-Abnahme. Die seitens von der Crone (5) ausgesprochene Meinung, daß in Wasserkulturen ein Überschuß an löslichem Phosphat Erscheinungen der 1) G. Andr6, Compt. read., 149, 45 (1909). — 2) J. Seissl, Ztscb. landw. Vers.wes. Ost., 12, 157 (1909); 14, 886 (1911). — 3) Serex jr., Journ. Anier, Chem. Soc, 39, 1286 (1917). — 4) G. Andre, Compt. rend., 142, 226 (1900). — 5) G. VOK DER Crone, Sitz.ber. niederrhein. Ges. Bonn (1902). Diss. BoiTn 1904. Naturwiss. lldscli. (1905), p. 2G4. 448 Fünfundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Laubblätter. Chlorose unabhängig von Eisendarreichung erzeugt, hat sich nicht bestätigt. Wenn in der von diesem Autor besonders empfohlenen Nährsalzmischung als P- Quelle nur Tricalciumphosphat und Ferrophosphat dargereicht werden, die beide sehr wenig löslich sind und sehr wenig Ionen liefern, so spielt Ionisierung der Phosphate praktisch keine Rolle, und die Pflanzen nehmen fast nur nicht dissoziiert Phosphat auf. Theoretisch ist allerdings Hydrolyse durch den gelösten Anteil des Ca3(P04)2 und Bildung von OH-Ionen aus Wasser zu erwarten, doch sind dies äußerst kleine Werte. Wenn nun von der Crone statt Tricalciumphosphat sekun- däres Ca-Phosphat anwendete und hierbei oft Entstehung von Chlorose fand, muß man daran denken, daß hier ein besser lösliches und stärker dissoziiertes Salz mit den Ionen Ca und HPO4 gegeben war und die Gefahr nahe lag, daß durch Mehrverbrauch der H PO 4- Ionen freies Alkali und Bildung von unlöslichem Eisenhydroxyd eintrat, wodurch Eisenmangel und Chlorose erklärlich ist. Noch größer ist die Gefahr bei Verwendung bei Dialkaliphosphaten und selbst, wie von der Crones Versuche zeigten, bei Anwendung einer Mischung gleicher Teile KH2PO4 and K2HPO4. Hierzu sind auch die kritischen Bemerkungen von Benecke (1 ) und Takeuchi (2) zu vergleichen. Der Schwefel, welcher bei den Aschenanalysen der Blätter als Ge- samtschwefel in Form von Schwefelsäure in Rechnung gestellt wird, ist nur zum geringen Teile als Schwefelsäure präformiert, es dürfte vielmehr der Hauptanteil des vorhandenen Schwefels als Eiweißschwefel zugegen sein. Doch ist es noch gänzlich unbekannt, wie sich der Gesamtschwefel auf die verschiedenen Bindungsformen: Eiweißschwefel, Senföle, Sulfide, gepaarte und einfache Schwefelsäure verteilt. In der Reinasche wurden meist 3—6% SO3 gefunden. Doch steigt der Gehalt bedeutend höher, zumal wenn die Pflanzen, wie z. B. die Cruciferen, reich sind an schwefelhaltigen Senföl- glucosiden. Einige höhere Werte für Schwefelgehalt der Blätterasche sind folgende : Proz. Proz, Urtica dioica 10,58 Bambusa arundinacea . 10,71 Poa annua 10,53 Cynodon Dactylon . . . 11,31 Ranunculus lanuginos. . 14,0 Salix alba 15,16 Brassica oleracea . . bis 19,51 Rapa ... bis 17,98 Sinapis arvensis .... 14,07 Armoracia rusticana . . 17,12 Capsella bursa pastoris . 9,78 Die Minimalwerte, die sicii in den einzelnen Fällen ergeben haben, reichen bis 0,5% SO3 in der Reinasche herab. Die gefundenen Schwan- kungen im Schwefelgehalte sind meist ziemlich bedeutend. TucKER und Tollens fanden den absoluten Gehalt an Schwefel bei Platanenblättern bis zum Herbst ansteigend und sahen kaum eine Ver- minderung vor dem Laubfalle ausgesprochen. Damit stimmen die meisten Analysen von Grandeau und Fliche überein, welche bei Robinia, Betula, Castanea während des Vegetationsganges der Blätter keine Veränderungen 1) W. Benkcke, Botan. Ztg. (1004), II, 123. - 2) T. Takkucui, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 7, 425 (1907). Oa Reseda canescens . . , 18,04 SO3 „ „ Luteola . . 12,73 )> ,, Rubus arcticus (Alaun- ,, boden) .... 14,21 ,, Acer campestre . . 9,67 „ Thea chinensis . . bis 10,38 „ Theobroma Cacao . 10,89 „ Anethum graveolens 13,14 „ Nicotiana Tabac. . . bis 10,70 Galeobdolon luteum 15,50 ,, Serratula tinctoria . 14,.50 § 2. Die einzelnen Mineralstoffe. 449 im Schwefelgehalte sahen, nur bei Prunus avium nahm die Schwefelmenge vom Frühjahr bis zum Herbst stark zu. DuLK sah auch bei Buchenblättern nur geringe Änderungen im Schwefelgehalt. Ähnliche Ergebnisse hatten die Untersuchungen verschiedener Autoron an krautigen Pflanzen. So unterscheiden sich nach Müller-Mittenzwei, Bretschneider-Küllen- BERG die ältesten Blätter von Beta kaum im absoluten S-Gehalte von den jüngsten. Wunder fand bei Turnips den Schwefelgehalt von der 2.— 14. Woche ansteigend, dann wieder fallend Für Senf sind die Analysen von Berthelot und Andre (1) zu vergleichen. In Prozenten der Asche gerechnet ist oft ein starkes Absinken des relativen Schwefelgehaltes gefunden. In den mehrjährigen Coniferennadeln wurde keine Abnahme des absoluten und relativen Schwefelgehaltes während des ganzen Lebens- ganges konstatiert. Bei Pinus austriaca beobachteten vielmehr Grandeau und Fliche ein Anwachsen des Schwefelgehaltes (auf 1000 Teile Frisch- gewicht berechnet) mit zunehmendem Alter. Worauf diese Erscheinung zu beziehen ist, ist ungewiß. Der Gehalt der Blätterasche an Kieselsäure ist äußerst verschieden; in manchen Fällen erreicht derselbe den Betrag v «i 80%, in anderen Fällen sind nicht mehr als Spuren von Kieselsäure nuohweisbar. Gänzlich fehlen dürfte die Kieselsäure wohl niemals, wie in anderen pflanzlichen und tieri- schen Organen. Zweifellos stellt die Kieselsäure der Blätter in erster Reihe eine beim Aufbau der Zellmembranen verwendete Substanz, eine „Stütz- substanz" dar. Vielleicht ist ursprünglich nicht Kieselsäure selbst, sondern eine noch nicht bekannte organische Siliciumverbindung vorhanden. In Heu fand Takeuchi (2) 0,065% alkohollösliche SiOg, die nach ihm wahr- scheinlich organischer Natur ist. Schon Davy (3) hob hervor, daß speziell die Zellwände reich an Kieselsäure sind. Besonders sind es hier wiederum die Blattränder, aber auch Haare, Cystolithen usw., welche reichlich Kiesel- säure führen; auch an die Stegmata in der Umgebung monocotyler Bast- fasern ist zu erinnern (4). Kalk und Kieselsäure zeigen als Stützsubstanzen gegenseitige Vertretung, indem auffällig kleine Werte von Ca oder SiOg häufig mit großen Werten des anderen Stoffes gleichzeitig nebeneinander gefunden werden. Als Beispiele mögen dienen: Viel Kalk, wenig SiO, Viel SiO„ wenig Kalk Ca SiO., Ca SiO, Castanea vesca . . . 74,55% 1,46% Castanea vesca . . . 44,01% 36,67 % Fraxinu8 excelsior. . 39,45 % 2,63% Leptochloa mucronata 5,94% 55,92 % Vitis vinifera . . . 45,69 % 1,61 % Vitis vinifera . . . 41,61% 39,44 % Thea chinensis . . . 29,68 % 2,11% Andropogon scoparius l.',12'^;, 64,62% Leontopodium alpin. . 29,80% 1,23% Sorghum avenaceum . 2,92 % 61,56% Erica carnea .... 32,07 % 12,38% Erica tetralix . . . 16,27% 48,35% Betula alba .... 39,12% 2,26% Calluna vulgaris . . 12,02% 48,08% Sedum album . . . 65,21% 5,8! % Phragmites conimun. . 5,03% 66.20% Pinus silvestris . . . 41,37% 13,11% Picea excelca . . . 15,15% 70,07% Abies pectinata . . . 66,54 % 8,15% Larix decidua . . . 4,26% 84,34 %, Prosopis Algarobill a . 60,47% 5,94% Calamus Rotang . . 16,97% 67,96% Juglans boliviana . . 47.17% 8,50% Zea Mays . . . . 13,78% 63,76% Helianthus annuus 12,56% 0,88% Scipranthus annuus . 8,00% 23,90% Die Fälle von Castanea und Vitis zeigen wie stark sich die Relation Ca:Si mit den Vegetationsbedingungen ändtiii kann. Die aufgezählten 1) Berthelot u. Andr6, Compt. rend., 112, 122 (1891). — 2) T. Takeuchi, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 7, 429 (1907). — 3) H. Davy, Ann. de Chim., j/, 279 (1799). — 4) Hierzu: M. MöBius, Bei. botan. Ges., 36, 29 (1908). Wiesner-Fest- dchrift, Wien 1908, p. 81. Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 29 450 Fünfundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Laubblätter. Ericaceen beweisen, daß nahe verwandte Arten und Gattungen verschie- denen Ca- und Si- Reichtum der Blätter besitzen können. Noch prägnanter tritt dies hervor bei den Nadeln unserer heimischen Coniferen, unter denen Fichte und Lärche zu der kieselsäurereichen, die Edeltanne aber zu den kalkreichen Gewächsen zählt (1). Manche Familien: Grassulaceen, Legu- minosen, Cruciferen pflegen vorwiegend Kalk zu führen, während die Blätter der Gramineen, Cyperaceen und Palmen bekanntlich reich an SiOg sind. Abshagen (2) verfolgte an Arundinaria japonica den Fortgang der Kiesel- säureeinlagerung und sah die Blätter zuerst verkieseln, dann die Seitentriebe und zuletzt die Halme. Die Hauptmenge von SiOg lag in den unteren und oberen Regionen der Halme; von innen nach außen zeigte sich eine Steige- rung des SiOg- Gehaltes in den Geweben des Halmquerschnittes. Bei den Galieen fand Netolitzky (3), der sich der Methylenblaufärbung der Kiesel- skelette bei der Untersuchung bediente, einzelne Zellen der Epidermis und die Haare verkieselt. Über die Kieselkörper und Zellwandverkieselungen der Blätter der Chrysobalaneen sind besonders die Angaben von Küster (4) zu vergleichen. In allen Fällen sind in erster Reihe die Epidermiszellen bei der Verkieselung der Zellwände beteihgt. Hier sei nur ganz kurz auf die Kieselzellen der Gräser (5), bei denen Molisch (6) besonders große Kiesel- körper in Arundo Donax fand, bei Capparis (7), bei Commelinaceen (8), auf die Kieselmembranen der Boragaceen (9) hingewiesen. Stahl (10) hat die Biologie der Kieselsäure eingehend behandelt. Die Schwankungen des Kieselsäuregehaltes sind unter natürüchen Wachstumsverhältnissen meist bedeutend, und durch künstliche Kulturbedingungen kann man selbst bei ausgeprägt SiOa-reichen Gewächsen, wie Zea Mays, den Kieselsäuregehalt sehr stark herabdrücken [vgl. Frohnmeyer, 1. c.]. Dem Charakter als Zellwandbaustoff entsprechend, nimmt die Kiesel- säure während der Entwicklung und mit dem Altern der Blätter meist dauernd zu, und selbst bei Blättern, welche ansehnliche Mengen Kalk führen, wie Rotbuche und Kiefer, sehen wir die ursprüngliche SiOg- Quantität zum Schlüsse des Lebenslaufes auf das Mehrfache angewachsen. Natürlich ist damit nicht ausgeschlossen, daß es eine starke Kalkaufnahm« mit sich bringt, daß sich der prozentische Gehalt der Asche an Kieselsäure im Laufe des Lebensganges relativ vermindert. Pteridium aquilinum zeigte Keegan (1 1 ) im Herbst ein Ansteigen der SiOg von 17,3 auf 53%. Die Festigung der Pflanze hängt nicht von dem Gehalte der Zellmembranen an Kiesel- säure ab, wie früher oft angenommen wurde, da man auch das Lagern des Getreides einem zu geringen Kieselsäurevorrat zuschrieb. Mais läßt sich z. B. ohne Schädigungen bis zu einem geringen Bruchteil des normalen SiO 2" Gehaltes an Kieselsäure verarmen. Und wir wissen übrigens auch, daß reine Cellulosemembranen zu den festesten Pflanzenraaterialien zählen. Eine Beziehung zwischen der herbstlichen Ausbildung von Antho- kyan bei Bäumen und dem Kieselsäuregehalt meinte Keegan (12) annehmen zu können, indem er fand, daß die Blätter von Bäumen mit stark roter Herbstfärbung ärmer an Kieselsäure zu sein pflegen als Blätter, welche sich nur gelb färben. So wurde gefunden: 1) Vgl. CouNCLER, Just (1886), I, 16L — 2) U. Abshagen, Dissert. Kiel (1912). — 3) Fr. Netolitzky, Osten, bot. Ztsch., 6i, 409 (1911). — 4) E. Küster, Bot. Zentr., 69, 46 (1897). Cyperaceen: S. Kaphahn, Beihefte bot. Zentr., 18, I, 237 (1905). — 5) Frohnmeyer, Bibl. Bot., 86, 41 (1914). — 6) Molisch, Bar. bot. Ges., j6, 474 (1918). — 7) Mousch, Ebenda, 34 154 (1916). — 8) Molisch, Ebenda, 36, 211 (1918). — 9) Guttmann, Ztsch. allg. österr. Apoth.Ver., 55, 219 (1917). — 10) E. Stahl, Flora, 113, 1 (1919). — 11) Keegan, Chem. News, iii, 289 (1916). — 12) P. Keegan, Nature (1903), p. 30- § 3. Resorption von Mineralstoffen durch Laubblätter. 451 Mit roten Herbstblättern Mit gelben Herbstblättem Acer norvegicum . . . 8,7% SiOj Carpinus Betulus . . . 42,2% SiOa Quercus coccinea . . . 3,0% „ Acer Pseudoplatanus . 20,7% „ Quercus pedunculata . 13,0% ,, Die Meinung von Grimaldi (1), daß die SiOg in den grünen Blättern nach Analogie der GOg reduziert werden könne, ist unbewiesen und un- wahrscheinlich. Der Chlorgehalt der Blätter schwankt innerhalb weiter Grenzen von maximalen Werten um 25% der Reinasche bis zu unbestimmbaren Spuren herab. Auch bei derselben Pflanzenart ist die Veränderlichkeit des Cl-Ge- haltes in der Blattasche bedeutend. Vandevelde (2) fand keine Gesetz- mäßigkeit in den Schwankungen. Auf die mit reichlichem Cl- Gehalt ver- bundenen Verhältnisse wird noch bei der Schilderung der Halophyten und ihrer biochemischen Eigentümlichkeiten näher einzugchen sein. Bemerkt sei nur, daß mit hohem Cl-Gehalt nicht notwendig ein hoher Gehalt der Blätterasche an Natron einhergehen muß. In der Asche albinotischer Eichen- blätter fand Chubch mehr Cl als in den grünen Vergleichsblättern. Hier und da ist auch Jod und Brom in den Blättern von Landphanerogamen nach- gewiesen worden. In Seegras bestimmten Itallie und Zande (3) den Jod- gehalt mit 0,0019%. Die Asche enthielt viel SiOg, SO3, Borsäure, Chloride, Jodide, Carbonat, Fe, Mn, Zn, AI, Ca, Ba, Mg, K und Na. Den Arsengehalt von Laubblättern untersuchten Jadin und ASTRUC (4). Junge und alte Blätter enthalten Arsen, letztere sind daran reicher, besonders auf die Frischsubstanz bezogen. Meist ist aber die Asche junger Blätter arsenreicher als jene alter Laubblätter. Arsen in Tabak- blättern fand Spallino (5) zu 1,02 mg pro 100 g Trockensubstanz; es dürfte aber aus den zur Vertilgung schädUcher Insekten benutzten Präparaten stammen. In Tabakblättern wies endlich Traetta Mosca (6) auch Gehalt an Lithium, Caesium und Titan nach; er meint, daß Titan eine Bedeutung als Katalysator, im Stoffwechsel entfalten könnte. §3. Resorption von Mineralstoffen durch Laubblätter. Mit dem leicht zu führenden Nachweise, daß welk gewordene Blätter nach Eintauchen in Wasser wieder straff werden, indem sie Wasser aufnehmen, ist auch die Möglichkeit eröffnet, daß Aschenstoffe aus dem die Blattfläche berührenden Wasser resorbiert werden und in das Innere des Blattes gelangen. Dabei spielen die Spaltöffnungen, welche sich an den turgeszent gewordenen Blättern weit öffnen, als Eintrittspforten der wässerigen Lösung eine bedeutsame Rolle. Jedoch kann, wie Boussingault (7) gezeigt hat, eine langsame Aufnahme von gelösten Salzen auch durch die geschlossene Cuticula hindurch auf osmotischem Wege stattfinden. Auf die Aufnahme von Wasser durch die Blattoberfläche soll hier nicht näher eingegangen werden; man findet 1) Vgl. Denaro, Gazz. chini. ital., 16, 328 (1886). — 2) A. J. Vandevelde, Bull. Soc. China. Belg., 23, 84 (1909). — 3) L.. van Itallik u. J. van der Zande, Pharm. Weekbl., 53, 705 (1916). — 4) F. Jadin u. A. Astruc, Compt. rend., /j6, 2023 (1913). — 5) R. Spallino, Gazz. chim. ital., 43, II, 475. — 6) F. Traetta Mosca, Ebenda, p. 437. — 7) Boussingault, Agronoinio, 6, 364 (1878). 29* 452 Fünfundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Laubblätter. die Literatur hierüber in einer Zusammenstellung von Burgerstein (1) (1891). Erwähnt sei, daß namentlich die über den Blattrippen befindliche Cuticula stärker permeabel zu sein scheint. In historischer Hinsicht sind die Studien von Mariotte (1717) und Hales(2) von Bedeutung. Bei Phanerogamen kann das Regenwasser oder Überflutung durch terrestrische Gewässer zur Versorgung der Blätter mit Wasser und Aschenstoffen direkt beitragen; wenn diese Umspülung regelmäßig und längere Zeit- hindurch erfolgt kann sie auch von ökologischer Bedeutung sein. Für die Moose ist aber die Wasser- und Mineralstoffaufnahme durch die Blattfläche von größter Bedeutung. Nach Kerpely(3) bewirkt Be- spritzen von Tabakblättern mit Kalisalzlösung durch Aufnahme von Kali Förderung des Gedeihens. Natürlich ist die Annahme von Reinsch(4), wonach die höheren Pflanzen regelmäßig und allgemein den größten Teil ihres Kali und ihrer Phosphorsäure aus der Luft auf dem Wege der atmosphärischen Niederschläge erhalten sollen, eine ganz unzutreffende Einschätzung der wahren Bedeutung der Aschenstoffresorption durch die Blätter. Bei einer Anzahl tropische Regenwälder bewohnender Epiphyten finden sich in den trichterförmig ausgehöhlten Blattbasen (Nischenblättern) und nestartig zusammengestellten Blattrosetten Vorrichtungen, welche unzweifelhaft zum Sammeln von Humus und Auffangen von Regenwasser dienen [Schimper, Goebel, Haberlandt, Went (5)]. Indem die in diesen Auffangapparaten gesammelten pflanzlichen Reste in Zersetzung übergehen, kann das Wasser Aschenstoffe hieraus auslaugen, welche seitens der Blätter direkt zur Resorption kommen. So ist es bei Asplenium Nidus und anderen Farnen, Orchideen und vielen Bromeliaceen. Bei anderen Bromeliaceen, z. B. bei der schmalblätterigen Tillandsia usneoides, welche sich selbst auf Telegraphendrähten ansiedelt, dienen die durch die schuppenförmig anliegenden Haare geschaffenen Capillar- räume zur Speicherung von Regenwasser, und es sind die Haare selbst zur Wasseraufnahme befähigt. Aso (6) zeigte, daß bei Tillandsia usneoides auf diesem Wege Lithiumnitrat eindringt; bei Ananas hatte der Ver- such jedoch ein negatives Ergebnis. Nach den Feststellungen von LiESKE (7) ist die Zusammensetzung der Asche von Tillandsien (usneoides und stricta) gegenüber terrestrischen Pflanzen normal; allerdings ist viel weniger Al^Og und SiOj darin enthalten, als frühere Analysen angaben. Daß VVasserdampf aus der Luft durch die Schuppenhaare kondensiert wird, ist recht unwahrscheinlich. Das Festhalten von Staubteilchen an den Schuppen läßt sich aber sicher stellen, und dieselbe werden vom Regenwasser offenbar ausgelangt. Schimper zeigte andererseits experi- mentell, wie bei den vorerwähnten Farnen die Wasserversorgung aus den trichterförmigen Blattbasen völlig zum Gedeihen der Pflanzen aus- 1) Burgerstein, Programmaufsatz 1891; Wiesner, Sitz.ber. Wien. Ak., 56,241 (1882). Kny, Ber. bot. Ges. (1886), p. XXXVI; Wille, Cohns Beitr. Biol, 4, 310 (1887). Chmielewsky, Bot. Zentr., 38, 790 (1889); Ganong, Ebenda, 59, 180 (1894). Haberlandt, Sitz.ber. Wien. Ak., 103, I, 502 (1894); 104, I, 96, 110 (1895). Pfeffer, Pflanzenphysiol., II. Aufl., i, 140 (1897). — 2) Mariotte, Oeuvres (1717), p. 133; Hales, Statick der Gewächse, p. 78. — 3) C. Kerpely, Bot. Zentr 126, 639 (1914). — 4) Reinsch, Chem. Zentr. (1871), p. 520. — 5) Schimper' Bot- Zentr., 17, 192 (1884). Bot. Mitteil. a. d. Tropen, Heft 2 (1888). Goebel, Pflanzenbiol. Schilderungen, j, 214 (1889). Haberlandt, Bot. Tropenreise (1893), p. 172. Went. Ann. Jard. bot. Buitenzorg, 12, 1 (1894). Schimper, Pflanzengeographie (1898). p. 348. — 6) K. Aso, Flora, roo, 447 (1910). - 7) R. Lieske, Jahrb wiss Bot , 56, 112 (1915). § 4. Sekretion von Aschenstoffen durch Laubblätter. 453 reicht. Auffangen von Regen wasser könnte immerhin auch bei den Blättern von Dipsacus und bei den bauchigen Blattscheiden der Umbelli- feren als ökologisches Moment in Betracht kommen. Sodann sei daran erinnert, daß die fleischverdauenden Pflanzen durch ihre als Fangapparate dienenden Blätter aus den Tierleichen gleich- zeitig mit der Stickstoffnahrung reichlich Aschenstoffe gewinnen müssen. Doch zeigt die Vergleichung des Wurzelsystems von Drosera, Pinguicula u. a. nichtepiphytischen Pflanzen, welche Tierfang betreiben, mit dem Wurzelsystem anderer Pflanzen vom gleichen Standort, daß ein Untör- schied in der Ausbildung dieser Organe nicht besteht. Deswegen kann ein Zurücktreten des normalen Aschenstoffbezuges durch die Wurzeln bei den Insectivoren kaum angenommen werden. Mit der Resorption von Wasser und Aschenstoffen stehen ferner die nicht für Tierfang ein- gerichteten Urnenblätter von Dischidia Rafflesiana in Beziehung. Hier werden Wurzeln entwickelt, welche das in den Blatthöhlungen an- gesammelte Wasser resorbieren (1). §4. Sekretion von Aschenstoffen durch Laubblätter. Sehr auffallend ist die Absonderung von Aschenstoffen am Rande der Blätter vieler Saxifraga-Arten (Aizoon und verwandte, caesia, squarrosa, Burseriana, oppositifolia u. a.), welche schon Unger(2) eingehend be- schrieb. Es handelt sich hier um Ablagerung schuppenförmiger Blätt- chen von kohlensaurem Kalk, welche sich über den vertieften Rand- drüsen der Blätter bilden. Braconnot (3) beschrieb die ähnlichen Bildungen an Plumbagaceenblättern ebenfalls als Excretion von kohlen- saurem Kalk, und in der Folge ist die anatomische Beschaffenheit der bei den Plumbagaceen über die ganzen Blattflächen verbreiteten ein- gesenkten „Kalkdrüsen" von Bary, Volkens, Woronin, Vuillemin (4) genauer studiert worden. Derartig gebaute Drüsen finden sich aber noch bei vielen anderen Xerophyten: Tamarix, Reaumuria, Cressa cretica, Frankenia-Arten lin ganz ähnlicher Ausbildung. Für Saxifraga crustata hat Gardiner (5J den Sekretionsvorgang genauer beobachtet. Er wies nach, daß es sich um Wasserdrüsen handelt, ausgestattet mit Epithera und Wasserspalten, welche den Boden des Grübchens einnehmen. Die Sekretion von Wasser findet hauptsächlich nachts bei schwächerer Transpiration statt, und die Kalkcarbonatablagerungen sind der Ver- dünstungsrückstand des ausgeschiedenen Wassers, welcher sich in den Grübchen ansammelt und die Drüsen allmählich funktionslos macht. Volkens (6) zeigte, daß die Drüsen der Blätter von Reaumuria und Frankenia ein hygroskopisches Salzgemisch, worunter MgCIa und NaCl die Hauptbestandteile zu sein scheinen, produzieren. In ökologischer Hinsicht vermutete Volkens, daß die Salzdrüsen imstande seien, den 1) Treub, Ann. jard. bot. Buitenzorg, 2, 32 (1882). P. Groom, Ann. of Bot., 7, 223 (1893). — 2) Unger, Einfluß d. Bodens auf d. Verteil, d. Gewächse (1836), p. 178. — 3) H. Braconnot, Ann. Chim. et Phys. (2), 63, 373 (1836). Treviranus, Physiologie, i, 101 (1838). — 4) de Bary, Vergl. Anatomie, p. 113. VoirKENS, Ber. bot. Ges., 2, 334 (1884). Woronin, Bot. Ztg. (1885), p. 177. P. Vuillemin, Ann. Sei. nat. (7), 5, 152 (1887). — 5) W. Gardiner, Quart. Jouru. Micr. Sei., 21, 407 (1881). — 6) Volkens, Flora d. ägypt.arab. Wüste (1886). Ber. bot. Ges., 5, 434 (1887). Marloth, Ebenda, p. 319. 454 Fünfundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Laubblätter. während der Nacht feucht gewordenen Salzausscheidungen das Wasser zu entziehen und für das Blattgewebe zu verwerten. Weit wahr- scheinlicher ist es, daß die Kalkdrüsen und ähnliche Organe einfach der Entfernung von Salze» aus der Pflanze dienen. Ruhland (1) vergleicht die Rolle dieser Drüsen hinsichtlich der Abscheidung von Ca direkt mit der Rolle, welche sonst die Oxalsäure spielt. Nach Ruhland wäre der Mechanismus dieser Absalzung darin begründet, daß zwischen der Salzdurchlässigkeit in der Wurzel und derjenigen im Blattgewebe eine gloße Verschiedenheit besteht. Experimentell wurde ferner die Salz- ausscheidung der Blätter bei Statice Gmelini durch Schtscherback (2) verfolgt. Als die abgeschnittenen Blätter mit ihren Stielen in ver- schiedene Salzlösungen gestellt wurden, ergab sich starke Hemmung der Sekretion durch Kalksalze, hingegen Förderung durch Sulfate und Chloride von Na, K und Mg. Salzausscheidungen sind übrigens wahrscheinlich bei der Mehrzahl der Strandpflanzen vorhanden. Vollkommen sicher- gestellt sind sie bei Aegiceras corniculatum [Schmidt (3)], und nach Areschoug(4) dürften sie möglicherweise noch bei anderen Angehörigen der Mangroveformation vorkommen. Minden (5) machte auf einschlägige Vorkommnisse bei Glaux maritima und Nicotiana-Arten aufmerksam. In der Natur können derartige Auscheidungen wegen des Abspülens durch Regen, Tau leicht der Beobachtung entgehen. Bei den genannten salz- reiche Substrate bewohnenden Pflanzen finden sich die Salzkrusten über den Wasserdrüsen wohl regelmäßig; daß aber eine große Zahl anderer Pflanzen unter bestimmten Bedingungen Salze durch die Blätter ab- scheiden, scheint aus den Beobachtungen von Andere (6) hervorzugehen, eine Angelegenheit, welche weiterer Verfolgung wert ist. Die Kenntnis von den Ausscheidungsorganen ist sehr erheblich durch Haberlandts Forschungen (7) gefördert worden. Ob alle Hydathoden, wie seit Haberlandts Arbeiten die Wasserdrüsen der Blätter genannt zu werden pflegen, gleichmäßige physiologische Befähigungen zur Ausscheidung von Salzen besitzen, ist nicht genauer bekannt, und es wäre erst sicher- zustellen, ob wir es einfach mit Verdunstungsrückständen in den ent- stehenden Krusten zu tun haben, oder ob die Drüsen eine bestimmte auswählende Tätigkeit in Ausscheidung und Rückhaltung der verschiedenen Mineralstoffe entfalten. Dasjenige, was über den Sekretionsmechanismus der Hydathoden bekannt ist, findet sich kritisch in Pfeffers Pflanzen- physiologie (I, 259, 2. Aufl.) dargestellt. Zu den Hydathoden gehören nach Goebel und Haberlandt (8) auch die Drüsen in den aus- gehöhlten Schuppenblättern des Rhizoms von Lathraea, für welche vordem ganz andere Funktionen vindiciert worden waren. Der Salzreichtum der ausgeschiedenen Flüssigkeit scheint in den meisten Fällen nur sehr gering zu sein, doch steht zu erwarten, daß die oben erwähnten Wüsten- pflanzen und Halophyten höher konzentrierte Hydathodensekrete produzieren. Zu den Erscheinungen der Aschenstoffsekretion zählt vielleicht auch das Vorkommen, von Mineralstoffen im Kannensekrete von Insectivoren: 1) W. Ruhland, Jahrb. wiss. Bot., 55, 409 (1915). —2) J. Schtscherback, Ber. dtsch. bot. Ges., 25. 30 (1910). — 3) Jons. Schmidt, zit. Flora (1904), p. 157; Flora, 93, 260 (1904). — 4) Arescho ig, Blattbau der Mangrovepflanzen, Stuttgart (1902). Bibl. bot., Nr. 52; Flora (1904), p. 155. — 5) M. v. Minden, Beitr. z. anatom. u. physiol. Kenntn. wassersecernierender Organe. Stuttgart (1899). Bibl. bot., Nr. 46, p. 56. — 6) A. Andree, Ber. bot. Ges., 3, 313 (1885). Buchenau, Ebenda, i, 108 (1883). — 7) Haberlandt, Physiol. Pflanzenanat., 3. Aufl., p. 430 (1904). — 8) Goebel, Flora (1897), p. 444. Haberlandt, Jahrb. wiss. Bot., jo, 611 (1897). P. Groom, Ann. of Bot., 11, 385 (1897). § 5. Zum Mineralstoffwechsel der Halophyten. 455 Nepenthes, Cephalotus, Sarracenia. Nach Voelcker(i) liefert das Nepentheskannensekret 0,85—0,92% festen Rückstand, welcher sich auf organische und unverbrennliche Stoffe verteilt. Aschensecretion fehlt auch im Tierreiche nicht, wovon die Kalk- drüsen der Regenwürmer ein bemerkenswertes Beispiel liefern. §5. Zum Mineralstoffwechsel der Halophyten. Der Einfluß des chlornatriumreichen Substrates in der Nähe des Seestrandes, wie an kochsalzreichen Lokalitäten des Binnenlandes auf die Zusammensetzung der Asche zeigt sich nicht nur bei den Gewächsen der Strandflora, welche auf kochsalzarmem Boden sonst nicht gefunden werden, sondern auch bei Binnenlandpflanzen, welche der biologischen Gruppe der Salzpflanzen oder Halophyten nicht angehören. Betula vul- garis und Solanum tuberosum, in unmittelbarer Nachbarschaft des See- strandes erwachsen, wiesen vollständige Analogie in ihren Aschenstoff- verhältnissen mit echten Halophyten auf: ?.!"- Kali Katron Kalk ^^«r Eisen ^,^°V Schwefel- ^^^ asche nesia phors. säure in Prozenten Beta vulgai-is/ nahe dem Wurzel \ Strand 6,72 11,21 56,4 3,35 2,69 0,65 5,00 6,04 15,29 (50 km vom \ Strand 5,39 18,40 43,97 7,53 3,23 1,30 7,57 3,06 12,30 Beta vulgaris ( nahe dem Blätter \ Strand 12,81 7,10 41,89 12,27 1,5^ 0,71 4,78 5,81 21,39 {20km vom Strand 11,64 6,70 39,95 21,70 0,81 0,55 3,71 7,01 16,61 Solanum ( arti Strand 3,57 46,67 17,46 0,42 10,55 • 8,23 3,27 12,62 tuberosum \ etwas ent- Knolle (fernt hiervon 3,37 56,63 6,46 1,35 10,51 ■ 12,11 6,32 7,96 Crambe maritima, Blätter (typ. Halophyt) . . 13,58 2.59 33,84 27.56 • 0,84 8,0 19,78 15,46 Aster Tripolium, Blätter 14,42 16,51 35,96 5,22 2,27 0,62 2,67 2.79 43,00 Stengel 8,28 11,81 37,92 4,60 2,29 1,16 1,64 1,86 49.90 Artemisia maritima . . 17,91 17,37 31,22 9,0 2,43 1,53 5,52 4,86 26,68 (Daten aus Wolffs Zusammenstellungen.) Die Anreicherung an Natron und Chlor zeigt sich übrigens selbst im Samennährgewebe, und für Plantago media wurde 22,96% Natron und 20,77% Chlor in der Asche, bei Strandexemplaren im Samen gefunden. Wahrscheinlich ist die Eigenart der Halophyten nur in der formativen Beeinflussung der Struktur der Vegetationsorgane durch den hohen Chlor- natriumgehalt des Substrates zu suchen. Seit Schimpers (2) grundlegenden Untersuchungen bezeichnet man die eigentümliche Organisationen halo- phytischer Gewächse treffend als xerophytische Struktur, weil in ihr Ein- richtungen zur Verminderung der Transpirationstätigkeit das maßgebende Moment sind. Diese Einrichtungen sollen nach der herrschenden Meinung ein Überschwemmen des Organismus mit Salzen, vor allem Chloriden, möglichst verhüten. Wir wissen aus verschiedenen Erfahrungen, die an Halophyten in kochsalzarmem Boden gewonnen sind (3), daß die Sukkulenz 1) A. VoELCKER, Journ. prakt. Chem., 48, 246 (1849). — 2) A. F. W. ScHiMPER, Indomalayische Strandflora (1891); Pflauzengeographie (1898). Stahl, Bot. Ztg. (1894). Warming, Lehrb. d. ökol. Pflanzengeographie (1896). 0. Rosen- berg, Tri.nspirat. d. Halophyten, Kgl. Vet. Ak. Förh. Stockholm (1897), Sep. — 3) Batalin, Bot. Zentr., 27, '92 (1885). Lesage, Rev. g6n. Bot, 2 (1890), für Arthrocnemum vgl. Baumgäbtel, Sitz.ber. Wien. Ak., I, 126, 41 (1917). 456 Fünfundfünfzigötes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Laubblätter. der Blätter und die sonstigen Xerophytencharaktere viel weniger ausge- prägt erscheinen, sobald der NaCl- Reichtum des Bodens gering ist. Das Gedeihen der Pflanzen ist aber im übrigen ein normales. Im Jugendzustand sind Halophyten nach Sanna(1) ebensoreich an NaCl wie alte Exemplare. Selbst auf salzarmen Stellen häufen Halophyten mehr Salz an wie andere Pflanzen. Bis zu einem gewissen Grade scheint bei Halophyten durch Salzreichtum des Substrates das Wachstum begünstigt zu werden. Nach Hills Beobachtungen an Salicornia und Suaeda (2) beträgt der osmotische Druck in den Wurzelhaaren von Halophyten bis 6,7% NaCl. Bei Kultur in süßem Wasser sinkt derselbe. Peklo (3) dachte an eine besondere Rolle des Magnesiagehaltes im Seewasser für Halophyten, doch fehlen hinreichende Gründe für eine solche Annahm*^. In § 4 wurde bereits erwähnt, daß die Halophyten in ihren Hydathoden Organe besitzen, mittels welcher bis zu gewissem Grade eine Entfernung von Salzen aus dem Organismus bewerkstelligt werden kann. Daß die Chloride im Stoffwechsel der Halophyten „zersetzt" werden und Chlor (durch die Wurzeln ?) zur Abgabe kommt, während die Basen an organische Säuren gebunden werden, war eine von Diels (4) aufgestellte Hypothese, welcher übrigens nach Beneckes (5) Nachprüfungen eine tatsächliche Basis Tollständig abgeht. Mineralstoffwechsel von Wasserpflanzen. Untersuchungen über die in Wasserpflanzen vorkommenden Mineral- stoffe wurden seit Schulz-Fleeth (6) und anderen älteren Autoren öfters vorgenommen. Unser Interesse beanspruchen hier besonders die frei flot- tierend lebenden Formen. Soweit ersichtlich, weichen die Verhältnisse der frei schwimmenden, submersen und mit Luftblättern versehenen Formen, der phanerogamen Wasserpflanzen in bezug auf die Aschenstoffe nicht von denjenigen Verhältnissen ab, die wir bei festgewurzelten Formen finden. Analysenbeispiele : ^}^- Kali Natron Kalk *i^?' Eisen asche nesia in Prozent 1. Lemna trisulca .12,77 18,29 4,06 21,86 6,6U 9,57 2. Stratiotesaloides. 11,97 45,09 3,88 15,70 20,99 0,56 3. Elodea canadenBis 19,22 18,83 6,58 21,17 4,65 12,75 4. Trapa natans . .25,55 6,89 1,41 14,91 7,56 29,62 5. Posidonia caulini . 10,90 5,70 2,50 38,60 17,8 0,3 Analyse 1 stammt von Liebig (7), Nr. 2 von Schulz-Fleeth, Nr. 3 von Hoffmeister (8), Nr. 4 von Gorup Besanez (9), Nr. 5 von Chancel(IO). Oft kehrt ein auffallend hoher Eisengehalt der Asche von Wassergewächsen wieder; in den Fruchtschalen von Trapa kann derselbe sogar gegen 70% der Reinasche betragen (Gorup Besanez). Doch ist noch durch weitere Untersuchungen festzustellen, wie häufig und wie Phos- Schwefel- • Kiesel- Chlor phors. säare säure 11,35 7,91 16,05 5,55 4,20 5,09 2,65 2,41 8,86 2,39 20,62 5,54 2,73 28,66 0,65 0,6 9,0 3,7 — 1) Sanna, Staz. Spar. Agr. Ital., 37, 137 (1904). — 2) T. G. Hill, New Phytologist, 7, 133 (1908). — 3) J. Peklo, Östorr. bot. Ztsch., 62, 114 (1912). — 4) L. Diels, Jahrb. wiss. Bot, 32, 309 (1898). — 5) W. Benecke, Ebenda, 36, 179 (1901). - 6) C. Schulz-Fleeth, Pogg. Ann., 84, 80 (1851). — 7) J. Liebig, Lieb. Ann., 104 (1858). — 8) W. Hoffmeister, Zentr. Agr. Chem. (1879), p. 915. — 9) GoEUP Besanez (1861), zit. bei Wolff, i, 133. — 10) F. Chancel, Bull. Soc. Chim. (3), 21, 740 (1899). § 6. Mineralstoffwechsel von Wasserpflanzen. 457 regelmäßig ein hoher Eisengehalt bei Wasserpflanzen beobachtet werden kann. Da die resorbierende Berührungsfläche mit dem umgebenden Medium relativ bedeutend ist, und die terrestrischen süßen Gewässer oft nicht wenig Eisengehalt aufweisen, ist jedenfalls die Gelegenheit zur reichlicheren Auf- nahme und Speicherung von Eisen nicht selten geboten. Die Resorption von Aschenstoffen ist bei Lemna-Arten, Trianea bogotensis und anderen Fällen öfters experimentell untersucht worden. Bei den submers im Boden wurzelnden Wasserpflanzen, ebenso bei Pistia stratiotes geschieht zweifellos Mineralstoffaufnahme durch die Wurzeln [Snell (1 )], hingegen soll bei Lemna die Wurze'l mehr als mechanischer Faktor, welcher das Umgeworfenwerden verhindert, in Betracht kommen. Immerhin will Bierberg (2) selbst bei Lemna die Absorptionstätigkeit der Wurzeln wenigstens als Nebenfunktion nicht außer acht lassen. Die meisten Süßwasserpflanzen scheinen gegen steigenden Salzgehalt des Mediums ziemlich empfindhch zu sein. Doch ist dies nicht ausnahmslos der Fall, da Benecke (3) fand, daß Elodea selbst in stark salzhaltigem Wasser gut gedeiht'. Schwachsaure Reaktion des Mediums pflegt die phanerogamen Wasserpflanzen (wie die Algen) leicht zu schädigen. Leicht alkalische Reaktion übt nach den Erfahrungen Beneckes nicht den mindesten schäd- lichen Einfluß aus. Viele submerse Phanerogamen (Elodea, Potamogeton, Ceratophyllum u. a.), sowie viele Algen (Characeen, Cladophora, Oedogonium u. a.) zeigen, unter natürlichen Verhältnissen gedeihend, häufig eine starke Inkrustation mit Kalk, die man nicht auf eine äußere im Wasser unabhängig von der Pflanze stattfindende Zersetzung der im Wasser gelösten sauren Carbonate zurückführen kann. Denn es bilden die abgetöteten Pflanzen diese Kalk- krusten nicht mehr aus. Auch die kalkhaltige, berieselte Felsen bewohnen- den und inkrustierten Moose (Eucladium verticillatum, Trichostomum topha- ceum, Pellia calycina u. a.) bilden nach Ungers (4) Feststellungen die In- krustationen an toten Rasen nur viel schwächer aus, als an lebenden. Eine passive Inkrustation kommt daher viel weniger in Betracht als die aktive Tätigkeit der lebenden Pflanzen. Pringsheim (5) hat gezeigt, daß die Entstehung von Ablagerungen von krystallinischem Calciumcarbonat an verschiedenen Versuchsobjekten in kalkhaltigem Wasser nur im Lichte bei kräftiger Kohlensäureassimilation erfolgt. Ob man aber das Recht hat, im Sinne älterer Anschauungen auch die natürlichen Kalkinkrustationen als Effekt einer Zerlegung der im Weisser gelösten sauren Kalkcarbonate durch Entziehung von CO2 durch assimilierende Pflanzen zu erklären, erscheint fraglich. Hassack (6)' konnte ebenfalls feststellen, daß nur bei kräftiger COg-Assimilation die Kalkkrusten entstehen, doch ergab sich in diesen Untersuchungen, daß nicht allein saure Carbonate von Ca, sondern auch Darreichung anderer Kalksalze: CaSOi, CaClg, Ca(N03)2, Ca[COO • CHgjg den erwähnten Effekt hatten. Auch konnte eine Inkrustation bei Exposition von Zygnema und Spirogyra in kalkhaltigem Wasser bei heller Beleuchtung nie hervorgerufen werden, ebensowenig an untergetauchten Blättern von Landpflanzen. Da nun Hassack, wie schon vorher Klebs (7) bei Chara und Oedogonium während der Assimilation eine Ausscheidung von Alkali mittels 1) K. Snell, Flora, 98, 213 (1907). — 2) W. Bierberg, Ebenda, 99, 284 (1909). — 3) W. Benecke, Bot. Ztg. (1898), I, 88. — 4) Unger, Sitz.ber. Wien. Ak. (1861), 2, 509. — 5) N. Pringsheim, Monatsber. Ak. Berlin, 16. Juni 1881; Jahrb. wiss. Bot., 19, Heft 1 (1888). — 6) C. Hassack, Unters, bot. Inst. Tübingen, 2, 466 (1887). — 7) G. Klebs, Ebenda, 340 (1886). Hassack, 1. c, p. 476. 458 Fünfundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Laubblätter. Phenolphthalein oder Zerlegung von Berlinerblau-Niederschlägen, die man vorher in die Zellwände eingelagert hatte, sicherstellen konnte, so liegt es nahe, mit Hassack eine Beziehung der Entstehung der Kalkinkrusten zu einer Abscheidung von Alkalicarbonat anzunehmen. Diese Verhältnisse wurden schon Bd. I, p. 518—519 näher diskutiert. LoEW (1) hob die Mög- lichkeit hervor, daß es sich um kolloidal gelöstes Calciumcarbonat handeln könnte, das sich sodann an den Pflanzenteilen niederschlägt. Lohmann (2) fand die alkalische Sekretion auch bei der mit Kalk inkrustierten Pellia epiphylla auf. Die Manganspeicherung in den Zellmembranen von sub- mersen Wasserpflanzen verhält sich in den Hauptzügen ganz analog (3), Bemerkenswert sind die von F. Mayr (4) aufgefundenen lokalisierten Epidermiszellgruppen bei viplen Wasserpflanzenblättern, weiche wässerige Lösungen viel leichter durchtreten lassen als das übrige Hautgewebe („Hydropoten"). § 7. Mineralstoffwechsel phanerogamer Parasiten. In der Zusammensetzung der Asche phanerogamer Parasiten treten Differenzen hervor, je nachdem die Pflanzen ,, Wurzelparasiten", wie The- siuntL, Euphrasia und ,, Wasserparasiten" (Loranthus, Viscum) oder Holo- parasiten darstellen, wie die nicht Kohlensäure assimilierenden und nicht chlorophyllgrünen Formen der Balanophoraceen, Orobanche, Cuscuta usw. Die vorhandenen Untersuchungen sind noch recht lückenhaft. Von grünen Parasiten wurde Viscum album am häufigsten analytisch untersucht, schon von Erdmann, Fresenius und Will, Grandeau, Councler u. a. (5). Es fiel den älteren Beobachtern vor allem auf, daß die Pflanze in der Zu- sammensetzung ihrer Asche vollkommen unabhängig ist von ihrem Wirt. Im übrigen unterscheidet sich die Viscumasche in ihrer Zusammensetzung von der Asche autotropher grüner Pflanzen nur wenig. Nach Grandeau und Councler ergab sich bei den Analysen: Wirtspflanze (befallener Ast) Viscum auf: Pappel Robinia Tanne Pappel Robinia Tanne Reinasche . . . 3,037 2,063 1,609 3,461 2,132 3,139 P2O5 4,769 4,453 7,887 26,289 12,025 13,109 SO3 1,490 0,784 2,798 2,088 2,741 3,353 SiOa 5,813 11,773 2,033 4,791 6,413 1,219 CaO 66,467 75,038 67,429 32,555 45,392 27,133 MgO u. MugO^ . 8,196 2,511 7,124 9,213 6,723 12,194 Fe^Og 2,384 1,884 1,017 5,405 2,198 1,524 KgO 6,557 2,354 8,396 16,093 15,903 30,791 NaaO 2,682 0,471 2,033 2,038 2,585 Spur Cl 1,639 1,726 1,272 1,474 2,017 1) 0. LoEW, Flora (1893), p. 419. Über Kalkinkrustation bei Potamogeton: WiBEL u. Zacharias, Ber. ehem. Ges., 5, 182 (1873). — 2) J. Lohmann, Beihefte bot. Zentr., 15, 229 (1903). — 3) Vgl. M. Perusek, Sitz.ber. Wien. Ak., I, 128, 3, (1919). — 4) F. Mayr, Beihefte bot. Zentr., 32, I, 278 (1915). — 5) C. Erdmann, Lieb. Ann., 94, 254 (1856); Fresenius u. Will, Journ. prakt. Chem., 38, 30; Reinsch (1861), zit. bei Wolff, i, 145; Leclerc, Ebenda, 2, 102. H. Grandeau u. A. Bouton, Compt. rend., 84, 129, 500 (1877). Councler, Bot. Zentr., 40, 123 (1889). § 7. Mineralstoffwechsel phanerogamer Parasiten. 459 Ferner in 1000 Teilen Trockensubstanz bei Viscum auf Kiefern (Councler): K,0 Na,0 CaO MgO Mn30, Fe.O, P,0, SO3 SiO, Cl ^^^^'^ Kiefernzweig. 1,613 0,278 9,665 0,478 0,095 0,140 0,599 0.513 0,119 • 13,.500 Viscumstengel 16,706 0,560 1 1,848 3,465 0,172 0,276 6,241 3,306 0,522 • 43,096 Viscumblätter 33,324 1,306 19,172 3,698 0,065 0,430 8,864 5,807 8,443 • 81,109 Kritische Bemerkungen zu den Viscumanalysen hat Tubeuf (1 ) ge- liefert. Jedenfalls darf man die Aschenstoffverhältnisse der Viscumpflanze mehr mit krautartigen Teilen autotropher Pflanzen vergleichen, als mit dem Mineralstoffgemisch in dem holzigen Zweige der Wirtspflanze. Von diesem Standpunkte aus erscheint der hohe Phosphorsäuregehalt und Kali- gehalt von Viscum nicht unerwartet, und auch die Mengenverhältnisse von Kalk und Magnesia weichen, soweit ersichtlich, nicht sehr von den in Blättern und jungen Sprossen gefundenen ab, wenngleich es nicht ausgeschlossen ist, daß Viscum regelmäßig etwas mehr Magnesia im Verhältnis zum Kalk enthält, als es sonst bei assimilierenden Organen die Regel ist. In welcher Form Viscum die Aschenstoffe aus seiner Wirtspflanze bezieht, ist nicht be- kannt, und es bleibt auch noch zu untersuchen, wie weit der Bezug von Mineralstoffen aus dem Wirt durch direkte Darreichung geeigneter Aschen- stoffnahrung zu ersetzen ist. Die übrigen Hemiparasiten sind hinsichtlich ihrer Mineralstoffnahrung sehr wenig erforscht und von den meisten grünen Parasiten Aschenstoff- analysen überhaupt noch nicht vorgenommen. Über die Bedingungen des bei einigen hemiparasitischen Rhinanthaceen in autotropher Kultur leicht zu beobachtenden Eintrittes von Chlorose sind Angaben von Heinricher (2) zu vergleichen. Erwähnt sei, daß Daniel und Thomas (3) auch Chlorose bei ,,im Keimen" gepfropften Bohnen infolge Störung der Mineralstoff- aufnahme beobachten konnten. Von Holoparasiten wurden insbesondere Cuscuta -Arten öfters unter- sucht. Knop (4) fand in blühender Cuscuta europaea 6,43% Reinasche in der Trockensubstanz. Von der Asche waren 74,65% Kali, 2,49% Kalk, 3,11% MgO, 2,49% Eisen, 10,42% Phosphorsäure, 1,09% Schwefelsäure und 5,75% SiOg. In Cuscuta Epithymum fand Zöbl (5) gleichfalls viel Kali (39,2%), Magnesia und Phosphorsäure (26,7%), aber wenig Kalk. Das allgemeine Bild der Zusammensetzung der Asche von Holoparasiten nähert sich überhaupt mehr den Verhältnissen bei Reservestoffbehältern und proto- plasmareichen embryonalen Geweben. Auch für die Asche von Balano- phora fand Suda (6) Armut an Kalk und relativ großen Reichtum an Mag- nesia: Aschengehalt war 7,81% der Trockensubstanz, der Gelialt der Asche an CaO war 0,129%, an MgO 0,244%. Aso (7) konstatierte bei der sapro- phytischen Orchidee Gastrodia elata Bl., daß in oberirdischen und unter- irdischen Teilen dieser Pflanze etwa gleichviel Kalk und Magnesia vorkommen, während sonst die CaO-Menge bedeutend bei grünen Pflanzen überwiegt. Ob dies nur auf die geringere Entwicklung des Zellhautgerüstes zurück- zuführen ist, oder ob, wie wahrscheinlich, andere wichtige Stoffwechsel- funktionen mitbeteiligt sind, ist ungewiß. 1 ) V. Tubeuf, Bot. Zentr., 41, 43 (1890). Über Viscum auch N. van Poeteren, Tijdschr. over Plantenz., 18, 101 (1912). — 2) E. Heinricher, Jahrb. wiss. Bot., 37, 269 (1902). — 3) L. Daniel u. V. Thomas, Compt. rend., 135, 509 (1902). — 4) W. Knop, bei Wolff, i, 140 (1862). — 5) Zöbl, Haberlandts wiss.prakt. Untersuch., /, 183 (1875). — 6) T. Suda, Bull. Agric. Coli. Tokyo, .5, 263 (1902). — 7) K. Aso, Ebenda, 4, 387 (1902). Aschenanalysen von Neottia, Monotropa, Cuscuta, Lathraea und Orobanche ferner bei J. Zellnre, Monatsh. f. Cheni., 40, 293 (1919). 460 Sechsundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralgtoff Wechsel im Fortpflanzungssystem. Holosaprophyten sind hinsichtlich ihres Mineralstoffwechsels kaum untersucht. Unbekannt ist für die Holoparasiten ferner, in welcher Ver- bindungsform die einzelnen Aschenstoffe zur Resorption kommen und ob man dieselben in künstlicher Ernährung irgendwie ersetzen kann. Sechsimdfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel im Fortpflanzungssysteni. § 1- Die Mineralstoffe von Bltitenteilen und Pollen. Die analytischen Angaben über Aschengehalt von ganzen Blüten bieten, soweit vorliegend, wenig Interesse. Nach Nygard (1 ) enthalten in der Trockensubstanz die Drogen von Flores arnicae 8,54% Asche „ chamomillae . . . 10,44% „ „ lavandulae. . . . 9,91% „ „ viol. tricolor.. . . 11,83% „ In Thea chinensis- Blüten fanden Perrot und Goris (2) 10% Wasser und 9,2% Asche ; in letzterer ist Mn und Fe nachzuweisen. Frische Blütenkätzchen von Julocroton fuscescens Baill. nach Peckolt (3) 61,66% Wasser und 3,5% Asche. In der Safranasche soll nach Verda ein Borsäuregehalt ganz normal sein (4). Die Blüten von Caltha palustris enthalten nach Keegan(5) in der Asche an löslichen Salzen 55,2%, SiOg 5,3%, CaO 9,2%, Mg 6,2%, PO4 10,9%, SO4 7,1%, Gl 5,5%, wenig Mn und viel lösliche Carbonate. Die Pollenzellen schließen sich hinsichtlich der Aschenstoffe anderen reservestoffreichen Organen ziemlich genau an. Der Gesamtaschengehalt ist meist niedrig, die Asche reich an Phosphorsäure und Kali, auch Magnesia, arm aber an Kalk. Schon Fourchroy und Vauquelin (6) wiesen 1803 im Blütenstaub der Dattelpalme Phosphorsäure und Magnesium nach, desgleichen Braconnot (7) im Pollen von Typha latifolia. Als Reinaschezahlen wurden gefunden für: Pinus silvestris. ... 3,3 % v. Planta, Landw. Versuchsstat., 32, 215 (1885). Pinus silvestris. . . . 5,5 % K. Kresling, Arch. Pharm., 229, 389(1891); hiervon 2,5% mechanisch beigemengt. Cupressus fragrans . . 3,70% A. H. Church, Journ. of Bot., 4, 169 (1875). Corylus Avellana. . . 3,81% Planta, 1. c. u. ibid., 31, 97 (1884). Beta vulgaris . . . .jy'Jgo/JA. Stift, Bot. Zentr., 65,43; 88, 105 (1901). Ambrosia artemisiifolia 5,4%IFr. W. Heyl, Journ. Amer. Chem. Soc, Jp, Asche bei 5,3% Wassergehalt/ 1470 (1917) (8). 1) A. Nygard, Farm. Notisbl. (1909), Nr. 9, p. 125. — 2) E. Perrot u. A. Goris, Bull. Sei. Pharm., 14, 392 (1907). — 3) Th. Peckolt, Ber. phajm. Ges., 15, 183 (1906). — 4) A. Verda, Schweiz. Wochschr. Chem. Pharm., 51, 631 (1913). 5) Keegan, Chem. News, 112, 295 (1915). — 6) Fourcroy u. Vauquelin, Gilberts Ann., 15, 298 (1803). — 7) H. Braconnot, Ann. Chim. et Phys. (2), 42, 91 (1829). — 8) Koessler, Joiirn. Biol. Chem., 35, 415 (1918) fand im Pollen von Ambr. artemisiifolia und trifida 10,6% Asche bei 10,5% Wassergehalt. § 2. Die Mineralstoffe von Früchten. 461 Die Asche des Kiefernpollens enthält nach Przybytek und Famint- ZIN (1 ) : 35,23 % K2O 5,3 % FegOa und AlgOg 3,62 % NaaO 29,86 % P2O5 7,00 % MgO 14,83 % SO3 0,88 % CaO 0,99 % Gl und eine Spur Mangan. Die Zahlen in Prozenten der Reinasche angegeben. Die Asche ist demnach zusammengesetzt wie diejenige eines typischen Speicherorgans. Die Mineralstoffe von Früchten. Der Einfluß, welchen die Befruchtung der Samenanlagen auf die Weiterentwicklung der Carpelle nimmt, äußert sich in sehr verschiedener Weise. In vielen Fällen hat er nur zur Folge, daß sich die Carpelle bis zu einem bestimmten Grade durch Wachstum vergrößern, und hier- bei ihren normalen Entwicklungsgang als grünes, Kohlensäure assimi- lierendes Organ vollenden und zur Zeit der Samenreife einfach ver- trocknen. So entstehen die Mehrzahl der Kapselfrüchte, die Hülsen der Leguminosen, die Schoten der Cruciferen usw. Die Carpelle erfüllen hier die Funktion eines Schutzorganes und dienen als assimilierendes Organ. Biochemisch kann man kaum Unterschiede von anderen Assi- milationsorganen statuieren, und deswegen kann die Gruppe solcher Früchte als „assimilierende" vom Standpunkte der Stoffwechselphysiologie aus bezeichnet werden. In anderen Fällen hat der Befruchtungsreiz hinsichtlich der Weiterentwicklung der Carpelle zur Folge, daß das Gewebe derselben sehr massive, harte Zellwände ausbildet, holzig wird, sklerosiert. Die Zellen sterben bald ab und die Schale der reifen Frucht besteht aus einem aus toten Zellen mit stark verdickten Zell- wänden zusammengesetzten Schutzorgan. Die Sklerosierung kann aber auch, wie bei den Steinfrüchten, nur bestimmte Gewebekomplexe der Carpelle betreffen. Hier tritt die Funktion als Assimilationsorgan bald in den Hintergrund und die Bedeutung als Schutzorgan ist hier die hervorragendste. Dies die Gruppe der „sklerosierten Früchte". Eine dritte Gruppe von Früchten weicht in ihrem Stoffwechsel von den er- wähnten beiden Gruppen bedeutend ab. Das Gewebe der Carpelle ist wie bei den assimilierenden Früchten den größten Teil der Lebenszeit als Kohlensäure assimilierendes Gewebe tätig, vermehrt jedoch im Laufe der Zeit, besonders in den Endstadien der Reife, beträchtlich seinen Gehalt an Zucker, seltener tritt Fett als Speicheimaterial auf, und die reifen Früchte stellen fleischige zuckerreiche Organe dar: „Speicher- früchte". Das gespeicherte Material strömt zum großen Teile den reifenden Früchten aus den Laubblättern zu, wird aber zum Teil auch autochthon formiert. Bei der Banane sehen wir die unreifen Früchte äußerst reich an Stärke, welche schließlich verschwindet und einem reich- lichen Vorrat an Zucker Platz macht. Bei der Olive tritt in den 1) S. Przybytek u. Famintzin, Journ. russ. phys.chem. Ges. (1886), I, 371. Ber. ehem. Ges., 79, 32 (1886). 462 Sechsundfünfzigates Kapitel: Der Mineral Stoffwechsel im Fortpflanzungssystem. unreifen Früchten Mannit in großen Mengen auf, an dessen Stelle in den späteren Stadien fettes Öl tritt. Diese Verhältnisse haben an ver- schiedenen Stellen des Buches ihre Würdigung gefunden und müssen nun auch hinsichtlich der Ascheustoffe eingehende Berücksichtigung er- fahren. Die biochemische Bedeutung der so reichlichen Zuckerspeicherung in Früchten ist ziemlich unklar, und wir können nur einzelne biologische Momente, wie die Anlockung von Tieren im Dienste der Samen- verbreitung, hierbei als mitwirkend erkennen, ohne ein Bild vom ganzen Zusammenhang dieser weit verbreiteten und wichtigen Lebenserschei- nungen zu erhalten. Assimilierende Früchte. Wie in Laubblättern, so pflegt auch in assimilierenden Früchten der Gehalt an Mineralstoffen ein ziemlich hoher zu sein. Aus dem vorhandenen Analysenmaterial seien folgende Zahlen hervorgehoben : asthe ^*" Natron Kalk ^^/^f; Eisen P,0, SO. SiO, Cl Elettaria Cardamomum(l) 4,19 10,42 20,43 13,33 4,52 0,51 6,00 12,66 24,81 2,54 Piper nigrum(2) .... 5,10 • 35,12 9,54 2,22 29,34 3,24 • „ longum(3) . . . 7,15 Ilumulus Lupulu8(4) . . 6,42 33,14 1,18 12,45 6,14 1,01 29,2 3,72 12,14 1,00 Illicium ani8atum(5) . . 2,16 ......... „ religiosum(5) . 2,02 Anamirta Cocculu8(5). . 5,20 ......... Ceratonia siliqua . . . 2,30 — — — — — — — — — Gleditschia glabra . . . 3,00 — — _______ Medicago lupulina(6) . . 13,44 — — — — — — — — — Rhamnus cathartica (5) . 2,80 — — — — — — — — — Vicia F'aba 5,06 — — _ — _____ Lupinus luteus .... 2,16 — — — — — — — — — Aesculus Hippocastan. . 5,50 — — — — — — — — — Hibiscus esculentus (7) . 1,41 — — — — — — — — — Coriandrum sativum (8) . 4,76 35,16 1,28 22,10 12,21 1,18 18,55 6,54 1,03 2,M Foeniculumofficinale(8). 7,09 31,96 2,38 19,54 14,03 2,12 16,47 9,98 0,87 3,41 Anethum graveolen8(8) . 6,31 31,61 2,11 26,51 7,45 1,96 17,32 6,72 2,50 4,88 Carum Carvi(9) .... 5,33 26,31 6,54 18,04 8,27 3,57 24,29 5,39 4,98 3,10 Dipsacus Fullonum(9) . 4,20 32,22 6,67 39,12 5,08 1,32 4,64 6,67 1,99 Spur Capsicum annuum(IO) . 4,85 — — — — — — — — — Cucumis sativu8(11) . . 11,93 _________ Der Kali- und Kalkgehalt pflegt wie bei den Laubblättern hoch zu sein. Die Veränderungen der Mineralstoffe während der Reife assimilieren- der Früchte sind noch nicht in genügender Zahl von analytischen Unter- suchungen festgestellt worden. Wolff (1 2) fand bei der Analyse der Frucht- schale von Aesculus Hippocastanum: A,eho Kali K.lk M.g,,e.ia ^J- S^^"«™ '" "^Z' Chlor im unreifen Zustande 3,70 58,77 9,93 2,24 20,83 3,66 0,76 4,77 im reifen Zustande . 5,50 75,91 8,81 1,14 5,28 1,01 0,57 9,72 Sklerosierte Früchte haben im reifen Zustande einen Aschen- gehalt und eine Zusammensetzung ihrer Asche, welche an die Verhältnisse 1 ) Yardley, Chem. News (1899), p. 12£. — 2) Röttger, Jahresber. Agr.chem. (1885), p. 107. — 3) A. Wangerin, Chem. Zentr. (1903), II, 214. — 4) F. Farsky, Zentr. Agr.chem., ii, 427 (1882). — 5) Warnecke, Pharm. Ztg. (1886), p. 536. — 6) A. Petermann, Zentr. Agr.chem. (1888), p. 430. — 7) A. Zega, Bot. Zentr., 87, 292 (1901). — 8) E. v. Wulff, Zentr. Agr.chem. (1880), p. 382. — 9) Sestini, Just (1888), I, 68. — 10) B. BiTTÖ, Ebenda (1892), I, 433. — 11) Rubner, Arch. An. u. Phys., 1916, p. 151. — 12) E. Wolff, Journ. prakt. Chem, 44, 385 (1848). § 2. Die Mineralstoffe von Früchten. 463 des Holzkörpers des Stammes erinnern. Der Aschengehalt ist relativ klein und die Asche weist einen ansehnlichen Gehalt an Kalk auf. Auch Eisen, Kieselsäure sind mitunter reichlich zugegen. Analysenbeispiele : ^ Phos- Schwe- «■• „^, Asche Kali Natron Kalk "1^?" Eisen phor- fei- ^*®^®'' "®^'* säure säure ^*"''® Prunus domestica, Steinschale 0,26 21,69 7,69 28,06 3,77 2,32 27,29 6,61 2,57 Fagus silvatica 1,42 1,32 24,44 49,57 3,50 0,98 2,17 1,81 2,94 Olea europaea, Steinkem . 1,84 60,1 6,60 7,45 0,37 0,81 16,74 3,27 — Juglans regia • 23,1 2,74 30,57 4,13 5,34 4,73 14,96 14,43 Alnus incana 2,58 32,33 2,33 34,44 7,74 2,11 16,17 2,20 1,83 „ glutinosa 1,71 28,98 1,07 29,28 11,68 4,72 14,07 4,00 5,38 Trapa natans 1,24 — — — — — — — — Juglans regia, Nußschalen (1) 1,36 — — ____ _ _ Speicherfrüchte haben in Quantität und Zusammensetzung der Asche, welche in den meisten Fällen reich an Kali und PO4, aber arm an Kalk ist, Ähnlichkeit mit den Samennährgeweben. Die Asche von Kernobst ist nach Hotter (2) reich an KjO (48—53%) und arm an Erdalkali, hin- gegen enthält Beerenobst relativ weniger Kali und mehr Ca, Mg und PO4. Einige Angaben über Gesamtaschegehalt: Proz. Asche Morus alba, Beerensaft 11,28 Phoenix dactylifera, Fruchtfleisch 2,24 Jahresber.,Agr.-Ghem.(1895),p.377. Ficus Carica 2,86 Ribes Grossularia 3,39 Pirus Malus im Mittel 0,31 Pirus communis im Mittel . . . 0,311 König, Zentr. Agr.-Chem. (1880), Prunus domestica im Mittel. . . 0,71/ p. 239. Prunus Cerasus 2,20 Prunus spinosa 1,58 Mespilus germanica 3,27 Bersch, Landw. Vers.st., 44^ 471 (1895). Fragaria vesca 3,40 Rubus Idaeus 0,56 Seyffert, Just (1879), I, 342. Rubus Idaeus 3,35 A. Nygard, Farm. Notisbl. (1909), Nr. 9, p. 125. Vitis vinifera 1,21 Opuntia vulgaris 1,76 Light, Just (1885), I, p. 84. Opuntia brasiliensis 1,43 Hamlet, ibid. (1890), I, p. 91. Citrus Aurantium 3,08 Vaccinium Vitis Idaea 0,15 Vaccinium Myrtillus 2,87 Borggreve, ibid. (1886), I, p. 146. Olea europaea 2,30 Solanum Lycopersicum, Schale . 0,031 d^t,^.,, a r-r^xr Ol T • T^i • u A mJBRiosi und Gigli. Solanum Lycopersicum, Fleisch . 0,97j Solanum carolinense 6,55 Krauss, Amer. Journ. Pharm. (1891), p. 65. Lonicera Xylosteum 6,62 Cucurbita Pepo, Fleisch . . 0,63— 1,531 Storer u. Lewis, Zentr. Agr.- Cucurbita Pepo, Rinde . . . 1,02-1,50| Chem. (1879), p. 41. 1) RuBNER, Arch. An. u. Phys. 1916, p. 240. — 2) E. Hotter, Ztsch. landw. Verg.wes. Ost., 9, 747 (1906). 464 Sechsundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel im Fortpflanzungssystem. Ferner von neueren Analysen: Proz. Asche Anona Cherimolia 6,97 Cutolo, Staz. Sper. Agr. Ital., 48, 889 (1915). Pirus communis 2,11 Rubner, Arch. An. u. Phys. 1915, p. 240. ArbutusUnedo bei 68,64% Wasser- Mohoröiö, Arch. Hyg., 86, 248 gehalt 0,54 (1917). Nach LÜHRIQ (1) ergab sich für vergorene Fruchtsäfte: Gesaratasche wasserlösl. Asche Ribes rubrum 0,6284-0,4624 0,5784-0,3535 Ribes nigrum 0,7422 0,6198 Prunus avium 0,7368-0,4768 0,6224-0,398 Vaccinium Myrtillus 0,2904-0,2568 0,236 -0,1996 Rubus idaeus 0,5588-0,3482 0,480 -0,2934 Brombeeren 0,5008-0,3976 0,4156-0,3088 Viele Analysen von brasilianischen Solaneenfrüchten finden sich bei Peckolt (2). Bananenmehl, in zwei Mustern analysiert von Schellmann (3) ergab an Wassergehalt 19,64 und 12,63%, an Asche 0,79-0,95 bzw. 1,57 bis 1,77%. Weitere Zahlen, zugleich mit Angaben über die prozentische Zu- sammensetzung der Asche von fleischigen Früchten bringt die nachstehende Tabelle (4): Asche Kali Natron Kalk ^*f' Eisen PjOj SO3 SiO^ Gl Al^Og Mn nesia Ananas sativus . 0,95 45,23 6,75 6,13 9,79 — 23,18 3,06 5,77 Spur Musa sapientum. • 28,36 26,27 18,91 9,21 1,46 1,30 6,75 5,93 2,69 Ficus Carica . . • 32,23 19,63 24,57 — — 13,47 7,12 2,34 0,83 Morus alba . . 49,97 9 02 12,15 8,80 1,55 5,46 • 4,02 10,75 Ribes rubrum . 0,41 49,67 • 19,76 6,49 1,26 22,82 ■ „ Grossularia ■ 38,65 9,92 12,20 5,85 4,56 19,68 5,89 2,58 0,75 Rosa canina . . 2,43 23,53 2,40 26,78 7,73 0.52 9,37 3,65 0,67 0,30 Rubus fruticosus • 51,62 • 17,22 5,30 1,42 24,63 • Fragaria vesca . 0,43 41,40 1,29 12,21 2,93 • 11,70 3,88 • Prunus Cerastts . • 51,85 2,19 7,47 5,46 1,98 15,97 5,09 9,04 1,35 „ doraestica • 54,59 9,05 4,86 4,69 2,54 17,70 3,23 3,15 0,38 „ spinosa . • 45,98 5,66 12,65 8,17 1,19 13,83 2,37 9,22 0,40 „ Armeniaca 59,36 — — — — 13,09 — — — Pirus Malus . . • 35,68 26,09 4,08 8,75 1,40 13,53 6,09 4,32 • „ communis. • 54,69 8,52 7,98 5,22 1,04 15,20 5,69 1,49 Citrus Aurantium • 36,42 13,47 24,52 8,06 0,46 1 1,07 3,74 0,44 2,35 Vitis vinifera. . 1,52 33,04 8,55 2,61 1,01 21,08 4,54 1,00 • „ . . 1,14 34,67 11,00 1,42 0,45 19,72 4,19 0,45 „ . . 2,36 48,46 7,33 3,75 0,10 7,36 4,89 1,71 Olea europaea . • 81,93 7,53 7,45 018 0,72 1,33 0,05 0,65 0,16 Vaccinium Myr- tillus . . . • 57,11 5,16 7,96 6,11 1,12 17,38 3,11 0,89 — Himbeersaft . . 0,483 28,96 • 21,7 1,45 • 0,93 12,4 • 0,37 • Viburn. Lentago 2,35 23,25 17,77 2,58 1,65 6,77 24,46 4,5 • 13,74 0,013 Diervilla florida . 3,50 31,70 5,69 14,818,88 2,96 11,76 11,59 10,150,13 Adansonia digi- tata . . 4,76-6,1 1,08 1) H. LüHRiG, Ztsch. Unters. Nähr. Gen. mittel, 10, 714 (1906). — 2)Th. Peokolt, Ber. pharm. Ges., 19, 180 u. 292 (1909). — 3) W. Schellmann, Der Pflanzer, 2, 353 (1906). — 4) Lit. Wolff, Aschenanalysen; Ricciardi, Just (1885), I, 83 (Musa). MuNRO, Ebenda (1885), I, 79 (Fragaria). Colby, Ebenda (1894), I, 392 (Prunus). § 2. Die Mineralstoffe von Früchten. 465 Ferner von neueren Analysen (1): Asche Kali Na^O CaO MgO PO4 SOg SiO, Al^Oa Fe Mn Cl Crataegus mono- gyna .... 3,18 27,65 28,17 15,16 4,77 10,91 2,07 1,36 10,78 0 Clintonia borealis 4,87 19,26 17,66 9,14 7,66 25,73 5,85 0,81 2,29 2,82 0,26 7,18 Arctostaphyl. Uva ursi .... 2,9 9,37 9,03 23,1 4,98 14,94 Spur 00.- Vaccinium corym- bosum . . . 1,38 5,65 2,62 18,11 11,48 14,36 10,94 6,33 17,39 10,5 0,35 • Smilax rotundi- ' folia .... 3,06 32,38 5,28 0,79 0,24 13,38 7,92 0,08 17,6 0,76 Asparagus offici- nalis .... 3,5 5,35 8,73 3,52 6,09 25,01 7,91 2,53 0,98 2,53 • Die Verhältnisse von Phosphorsäure und Eisen beleuchten nachstehende Analysenzahlen von Haensel (2) bei verschiedenartigen Früchten. Grüne Bohnen Gelbe Bohnen Tomate Apfel . Banane Trockene Feige Erdnuß . Haselnuß Walnuß Paranuß Cocosnuß Mandel . In Proz. der Trockensubstanz In Proz. der Asche Asche P2O5 Fe^Og V,0^ Fe,0, . 5,80 1,0767 0,108 18,69 1,862 . 3,60 0,8952 0,046 24,79 1,277 . 6,34 0,8850 0,010 13,903 0,1577 . 0,95 0,0969 0,004 10,2 0,421 . 1,994 0,2244 0,002 11,254 0,1003 . 2,88 0,1300 0,044 4,51 1,5277 . 2,404 1,0151 0,004 43,741 0,1664 . 2,23 0,8594 0,012 39,435 0,5381 . 2,112 0,9896 Spur 46,856 Spur . 2,87 1,3797 0,016 48,004 0,5575 . 0,956 0,3188 0,008 33,207 1,0416 . 2,836 0,8620 0,010 30,395 0,3526 Leider ist bei einer Reihe der letzt angeführten Früchte Samen und Fruchtanteil nicht getrennt analysiert worden, was in dem bedeutenden PO4- Anteil hervortritt. Die Formen des Phosphors in den Traubenbeeren wurden von Ventre{3) näher untersucht und darin anorganische P und Lecithin P bestimmt. Von Interesse sind weiter die Angaben über den Eisengehalt von Trapa natans, welchen Soave (4) eingehend analytisch studierte. Ruhende Früchte enthielten in Kern und Schale 11,8 resp. 9,1% Trockensubstanz, 0,31 resp. 0,166% Asche und Eisen von der Trockensubstanz 0,0256 resp. 0,084%, von der Asche 8,26 resp. 50,60%. Die anderen Teile der Pflanze sind weit entfernt von diesem enormen Eisengehalt, den die Fruchtschale aufweist. Soave fand: HiLGER, Landw. Vers.stat., 23, 461 (1879) (Vitis); Borggreve, Just (1886), I, 146 (Vaccinium); Wittmann, Chem. Zentr. (1904), I, 820 (Rosa); A. Beythien u. Waters, Ztsch. Unters. Nahr.Gen.mittel, 10, 726 (1906) (Himbeersaft); C. E. Gil- lette, Chem. News, 103, 205 (1911) (ViUurnum). L. E. Dawson, Ebenda, 106, 18 (1912) (Diervilla); R. G. Pelly, Journ. Soc. Chem. Ind., 32, 778 (1913) (Adansonia). 1) Marston, Chem. News, iio, 310 (1914) für Crataegus; Slippy, Ebenda, III, 2 (1916) für Clintonia; Shippee u. Fogde, Ebenda, 117, 254 (1918) für Arcto- staphylos; Harris u. Thrams, Ebenda, 114, 73 (1916) für Vaccinium; Poüers, Ebenda, p. 172 für Smilax; Hehner, Ebenda, 116, 296 (1917) für Asparagus. — 2) E. Haensel, Biochem. Ztsch:, 16, 9 (1909). — 3) J. Ventre, Annuaire 6cole nat.agr. Montpellier, jo, 1 (1910). — 4) M. Soave, Annuar. Accad. Agr. Torin 0, 48 (1906. C z a p e k , Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 30 466 Sechsundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel im fortpflanzungssystem. Trocken- Asche FejOg in der substanz Trockensubstanz Asche PflflnzftTi ( Stengel, Bl&tter . 12,428 10,509 1,62 1,309 0,092 0,208 5,67% 15,89 o/o i Stengel, Blätter . 5,813 0,639 0,0448 7,01 % zweite Ernte l grüne Wurzel . — — — ( schwarze Wurzel 6,585 0,726 0,192 26,44% r Blätter .... 13,193 1,311 0,0816 6,22% dritte Ernte ] Stengel .... 12,65 1,710 0,196 11,46% [ schwarze Wurzel 13,554 1,873 0,304 16,12% r Blätter .... 12,796 1,216 0,064 5,246% vierte Ernte { Stengel .... 8,3 1,190 0,112 9,41 % l Wurzel. . . . 5,484 0,811 0,236 29,10% In Tomaten fanden Brautlecht und Crawford (1 ) einen Eisen- gehalt von 1,53-7,78% der Asche, resp. 0,012-0,037% der Frischsubstanz. Der Kupfergehalt derselben Frucht scheint normal. Liberi und Cusmano (2) bestimmten das Cu mit 0,14—2,1 mg pro Kilogramm Saft und Frucht- fleisch oder 3,88—19,45 g pro Kilogramm Trockenrückstand. In den Böden war bis zu 110,74 mg Cu pro Kilogramm trockener Erde enthalten. Fluor fand Leperre 3) in Trauben in minimalen Spuren. Über das Vorkommen kleiner Mengen von Borsäure in verschiedenen Obstsorten hat Hotter (4) Mitteilung gemacht. Den Arsengehalt einer Reihe von Früchten gaben Jadin und Astruc(5) mit folgenden Zahlen : Tausendstel mg pro 100 g Trockensubstanz Material an. Reis. . . . 7 Datteln . . 12 Orange . . 11 Nüsse . . . 25 Apfel . . . 5 Ananas . . 8 Mandeln . . 25 Birne . . . 7 Banane . . 6 Nach Gosio (6) kann man nach Darreichung von arseniger Säure eine Anhäufung von As in Cucurbitafrüchten bis zu 0,0041% beobachten. Nach Versuchen von Ville (7) scheint Bespritzen junger Äpfel und Birnen mit 2 % iger Eisenvitriollösung frühere Reife und bedeutendere Fruchtgröße hervorzurufen, also einen chemischen Wachstumsreiz zu bilden. Sehr zweifelhaft sind die Angaben von Jensch (8), wonach reich- liche Aufnahme von CaClg bei Rubus Idaeus Ausbildung größerer Früchte hervorgerufen hätte. Während der Fruchtreife nimmt der Gesamtaschengehalt ab, ähn- lich wie es bei der Samenreifung geschieht. So fand Omeis (9) bei Heidel- beeren am 9. Juni 25. Juni 7. Juli 12. Juli Beeren Beginn der Rote Übergang Reife grün Rotfärbung Früchte in Blau Beeren Proz. Proz. Proz. Proz. Proz. Aeche in der Trockensubstanz 0,52 0,94 0,52 0,51 0,38 Instruktiv sind die Untersuchungen von Neubauer{1 0) u. Amthor (11 ) an reifenden Traubenbeeren, in denen außer der Abnahme an Gesamt- 1) ) Brautlecht u. Ceawford, Journ. Ind. Eng. Chem., 6, 1001 (1914). — 2) Liberi, Cusmano, Marsiglia u. Zay, Internat, agr.techn. Rdsch., 7, 400 (1916). — 3) F Leperre, Bull. See. Chim. Belg., 23, 82 (1909). — 4) E. Hotter, Chem. Zentr. (1896), I, 393. — 5) F. Jadin u. A. Astruc, Compt. rend., 154, 893 (1912). — 6) B. Gosio, Atti Acc. Line. Rom. (5), 15, I, 730. — 7) A. Ville, Just (1888). I, 14. — 8) Jensch, Ztsch. angew. Chem. (1894), p. 111. — 9) Th. Omeis, Just (1889), I, 30. — 10) C. Neubauer, Ann. önol., 4, 490 (1876). — 11) C. Amthor, Ztsch. physiol. Chem., 6, 227 (1882). § 2. Die Mineralstoffe von Früchten. 467 asche im prozentischen Verhältnisse der Trockensubstanz die Zunahme des prozentischen Phosphorsäuregehaltes in der Asche deutlich hervor- tritt. Nach Analysen von Amthor enthielten 100 g Most: am 10. August 22. August 4. September (beginnende Reife und (fast völlige /„anzlich« R^ifp^ Weichwerden der Beere) Reife) (gänzliche Keife) Phosphorsäure .... 0,0740 0,0656 0,0520 Gesamtasche 0,7104 0,6240 0,5100 Verhältnis PaOß : Asche 1:9,60 1:9,51 1:9,80 Amthor (1) lieferte weitere Angaben über die Verhältnisse der Aschen- stoffe, während der Reifung von Kirschen und Johannisbeeren. Die Ände- rungen des Aschengehaltes in Prozenten der Trockensubstanz während des Reifens der Kirschen gehen aus der nachstehenden Tabelle hervor: Asche in am 19. V. 23, V. 27. V. 31. V. 4. VI. 13.VI. 20. VI. 23.VI. 29. VI Stielen 5,57 4,96 5,89 5,68 6,70 6,45 6,14 6,36 6,43 Kirschen 4,31 4,83 3,89 3,80 4,04 3,59 3,10 - 2,95 Kernen 6,13 6,12 6,87 7,44 6,80 5,17 3,94 3,67 3,41 Fleisch + Steinschale 4,43 4,33 3,82 3,63 3,86 3,47 2,96 - 2,9 Steinschale - - - - - - 0,18 0,21 0,17 In ähnlichem Gange nimmt der Prozentsatz der Asche in den Früchten an Phosphorsäure zu. Für Johannisbeeren ergab sich in Prozenten der Trockensubstanz: an am 3. VI. 11. VI. 23. VI. 13. VII. 7. VIII. Asche . . 4,77 4,72 4,52 4,4 4,07 P2O5. . . 1,12 1,08 0,96 0,89 0,88 SO3 . . . 0,15 0,198 0,24 0,17 0,18 Dabei nahm die Trockensubstanz bei Kirschen in folgendem Ver- hältnisse zu: in am 19. V. 23. V. 27. V. 31. V. 4. VI. 13. VI. 20. VI. 23. VI. 29. VI. Kirschen . 12,13 13,37 16,0 20,02 23,78 21,76 16,08 - 16,55 Kerne . . 8,13 7,81 8,0 8,96 13,38 20,09 42,83 49,25 60,45 Fleisch + Steinschale 13,61 15,16 18,39 21,6 24,03 22,54 15,52 - 15,19 Steinschale ------- 86,33 87,42 Bei Johannisbeeren Trockensubstanzprozente : 3. VI. 11. VI. 23. VI. 13. VIII. 7. VIII. 13,31 13,2 13,0 13,18 15,43 Über die Reifung der Tomate vgl. Angaben von Settimj (2). 1) Amthob, Zisch, physiol. Chem., 7, 197 (1883). — 2) Settimj, Arch. Farm, spar., 24, 345 (1917). 30* 468 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der MineralBtoffwechsel der Wurzeln. Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. Allgemeines. Die in den Wurzelgeweben vorkommenden Aschenstoffe. Von den ersten Jugendstadien an bis zur gänzlichen Einstellung der weiteren Entwicklung durchlaufen die Wurzeln der Phanerogamen eine Reihe von Lebensperioden, die sowohl scharf morphologisch charak- terisiert sind, als auch gleichzeitig wichtige Funktionsänderungen be- deuten. An dem vollentwickelten Wurzelsystem lassen sich alle diese Epochen im Leben der Wurzel in den verschiedenen Teilen der Wurzel- äste gleichzeitig beobachten. Die Wurzelspitze mit ihren embryonalen Geweben ist Sitz der Wahrnehmung für die verschiedenen Richtungs- reize, welche Schwerkraft, Feuchtigkeit, auch etwa einseitig einfallendes Licht, mechanische Reizung auf die Wurzel ausüben. Mit Erreichung der nächstälteren Stadien, welche den Kulminationspunkt des Längen- wachstums bedeuten und die vorderen 4—5 mm der Wurzeln einzu- nehmen pflegen, tritt die Wurzel aus dem Stadium des reizperzeptorischen Organs in das folgende Stadium, die Wachstumsperiode. Die Wurzel- spitze hat überdies als wichtige Funktion die Ausbildung der Wurzel- haube, deren äußerste Zellen sich fortdauernd abschülfernd den Kanal, in welchem sich die Wurzel zwischen den Bodenpartikelchen fortschiebt, mit einer schlüpfrigen Auskleidung versehen und daher als Gleitmecha- nismus dienen. Die Wachstumszone ist bei den Wurzeln relativ stark vorgeschoben und auf eine sehr kurze Strecke zusammengedrängt, wo- durch die Wirkung und Kraft beim Vordringen im Boden vorteilhaft zum Angriff kommt. In ihren zwei ersten Lebensstadien haben die Wurzelgewebe noch wenig mit der den Wurzeln obliegenden Ernährungs- funktion, der Resorption des Bodenwassers mit den darin gelösten Mineralstoffen, zu tun. Erst die dritte Periode, welche mit der Ent- wicklung der Wurzelhaare einsetzt, ist als „Resorptionsperiode" charak- terisiert. Durch die Ausbildung der zahlreichen Wurzelhaare, welche sich an die Bodenteilchen eng anschmiegend und diese umschließend, die Wurzel im Boden fest verankern und die nötige große Oberfläche zur ausgiebigen Resorptionstätigkeit schaffen, ist das Organ nun im- stande, in erster Linie der Ernährungstätigkeit zu dienen. An den Wurzelästen nimmt diese Strecke mit ihrem dichten Haarkleide mehrere Zentimeter der Längenausdehnung der Wurzeln ein. Weiterhin sterben die Haare sukzessive ab, die Epidermiszellen werden durch eine schützende Korkschicht ersetzt, die Wurzel tritt in ein Stadium des Dickenwachstums ein und hört auf, als resorbierendes Organ tätig zu sein: sie dient fortan als Organ der Wasserleitung und vermittelt in dieser vierten und letzten Periode ihres Lebens die Leitung der aufgenommenen verdünnten Boden- lösung gegen den Stamm hin, und versorgt andererseits die jüngeren Wurzelteile durch die in den oberirdischen Teilen gebildeten nach ab- wärts zu leitenden Baustoffe. Selbstverständlich drückt sich in der Zu- sammensetzung der Asche jüngerer und älterer Wurzelpartien bis zu einem gewissen Grade die fortschreitende Umbildung der Gewebe aus. Die jüngsten Teile entsprechen in ihrem Reichtum an Kali mid Phosphor- § 1. Allgemeines. Die in den Wurzelgeweben vorkommenden Aschenstoffe. 469 säure dem Charakter protoplasmareicher Organe, während die älteren Teile höheren Aschengehalt aufweisen und den Kalkgehalt der Asche bedeutend ansteigen lassen. Spezifische Eigenheiten in der Menge und Zusammensetzung der Wurzelasche lassen sich weiter nicht feststellen. Dies läßt sich ohne weiteres den vorliegenden Analysen jüngerer und älterer Wurzeln entnehmen. Methodisch ist zu bemerken, daß es un- möglich ist, Bodenwurzeln von den anhaftenden Erdpartikelchen so weit zu befreien, als daß nicht ein sehr erheblicher Teil der Asche aus Kiesel- säure bestände. Wasserkulturen liefern hingegen das Material in beliebiger Reinheit. Na- tron Asche Kali Kalk MgO Eisen Phos- phors. SO, Bio, Gl Aven a sati va in Wasserkultur [Beyer, Landw. Vers.st., //, 262 (1869)] .... Zea Mays in Wasserkultur (WoLFF, Landw. Vers.st., 8, 189) 10.14 35.0 13.0 1.8 5,2 23,.ö 10,1 1.9 13,1 Seeale cereale, Wurzelsyst. ( WOLFF, Aschenanalysen, /, 16) . . . . 8. Mai 14,78 10,.52 2,95 11,32 5,65 • 6,93 4,38 57,06 1,53 15. „ 10.46 13.15 4.20 12.27 6,32 • 12,52 7,09 43,91 0,r 28. „ 10. Juli Hordeum vulgare, Wurzel- syst. [Fittbogen, Landw. Vers.8t., /j, 81 (1871)] 22. Mai 24,57 11,48 5,91 32,53 5,37 2,64 9,82 0,71 29,43 2,51 2. Juni 9,45 9,51 6,56 37,25 4,15 2,46 9,24 0,66 29,72 2,34 16. „ 6,73 9,47 7,52 35,37 2,80 2,79 7,7 0,43 32,33 1, 24. „ 6,80 8,49 5,66 32,64 2,08 4,24 5,19 0,76 38,15 2,06 16 Juli 6.89 5.12 5.68 41.92 2.15 4.88 5,03 0,65 31,44 2,25 Fagopyrum, Wasserkultur [NoBBE, Landw. Verö.st., 13, 321 (1871)] . . . 6.84 17.07 1.44 15.83 3.62 28.98 26.69 1.2 ■ 6,67 Pisum sativum [Weber, ib, i8, 18 (1875)1 Trifolium pratense . . . 8,41 10,42 7,17 17,45 5,71 4,23 10,92 6,85 36,25 1,36 (WoLFF, /, 67) 13. Mai 11,64 17,37 3,96 13,53 10,83 • 6,83 16,23 28,42 3,66 28. „ 9,46 14,79 3,78 14,71 11,39 • 8,87 15,78 29,27 1,83 5. Juni 9,99 16,35 5,01 15,56 6,41 • 9,94 14,30 31.3 1,48 15. Juli 9,09 10,51 9,34 lö,61 5,38 • 13,00 12,95 30,93 1,63 Primula farinosa (Wolff 7,143) 8,37 2,5121,1 25,86 4,79 1,24 3,87 2,69 30,16 3,o7 jDianthus Caryophyllus . 5,64 23,33 1,16 45,26 4,43 3,83 11,22 2,59 5,34 0,36 \Rosa centifolia .... 2,0413,45 4,2040,88 7,15 2,8629,14 1,95 0,21 0,21 [Alte Wurzeln: Andreasch Journ. prakt. Chem.. i8 204 (1879)] Hedera Helix, alte Wurzel, enthielt in einer von Block (1) aus- geführten Analyse 6,34% Asche. Hiervon war 8,413 KgO, 0,413 NajO, 42,746 CaO, 2,445 MgO, 0,546 FegOg, 0,094 Mn304, 0,371 AI2O3, 0,575 HCl, 1,915 SO3 und 3,4.58 P2O5. Im Preßsafte der Haarwurzeln von Beta überwiegen nach Andrlik (2) K, Na und Gl. Aschenanalysen von Lupinuswurzelknöllchen (Wasserkultur) führte Troschke (3) aus. Er fand in den Knöllchen 7,51%, in den Wurzeln selbst 6,21 22,85 10,67 15,15 7,20 3,12 11,84 7,61 9,15 10,14 35,0 13,0 1,8 5,2 23,5 10,1 1,9 14,78 10,.52 2,95 11,32 5,65 6,93 4,38 57,06 10,46 13,15 4,20 12,27 6,32 12,52 7,09 43,91 14,23 10,67 4,51 8,76 4,92 6,08 7,42 57,63 13,48 7,88 7,88 11,86 6,16 6,53 3,70 62,64 24,57 11,48 5,91 32,53 5,37 2,64 9,82 0,71 29,43 9,45 9,51 6,56 37,25 4,15 2,46 9,24 0,66 29,72 6,73 9,47 7,52 35,37 2,80 2,79 7,7 0,43 32,33 6,80 8,49 5,66 32,64 2,08 4,24 5,19 0,76 38,15 6,89 5^12 5,68 41,92 2,15 4,88 5,03 0,65 31,44 6,84 17,07 1,44 15,83 3,62 28,98 26,69 1,2 14,27 37,2 1,43 17,01 11,37 1,18 13,78 16,23 1,80 8,41 10,42 7,17 17,45 .5,71 4,23 10,92 6,85 36,25 11,64 17,37 3,96 13,53 10,83 6,83 16,23 28,42 9,46 14,79 3,78 14,71 11,39 8,87 15,78 29,27 9,99 16,35 5,01 15,56 6,41 9,94 14,30 31.3 9,09 10,51 9,34 16,61 5,38 13,00 12,95 30,93 8,37 2,51 21,1 25,86 4,79 1,24 3,87 2,69 30,16 5,64 23,33 1,16 45,26 4,43 3,83 11,22 2,59 5,34 2,04 13,45 4,20 40,88 7,15 2,86 29,14 1,95 0,21 1) H. Blook, Arch. Pharm., 246, 953 (1888). — 2) K. Andrlik, Ztsch. Zuck.Ind. Böhm., 29, 403 (1905). — 3) Troschke, Just (1884), I, 60. 470 Siebenundfünfzigstee Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. 4,07%, der Trockensubstanz an Mineralstoffen. Im Vereine mit dem hohen Rohproteingebalt der Knöllchen (45,31% zu 7,06% in den Wurzeln) und Eiweißgehalt (31,59% in Knöllchen; 5,02% in Wurzeln) ist der hohe Gehalt an Phosphorsäure, der höhere Kaligehalt, der geringere Kalkgehalt in den Knöllchen von Wichtigkeit. Kali Natron Kalk Magnesia Eisen ^''^^J^"'- Schwefel- Kie^se^^ Chlor Mangan Knöllchen 16,90 25,87 10,03 10,82 1,82 16,19 11,74 3,11 4,45 0,69 Wurzeln 12,80 24,11 11,23 11,61 0,34 8,84 24,27 3,28 3,48 0,68 Wieviel hiervon auf Rechnung der Bakterienleiber in den Knöllchen zu setzen ist, bleibt unbestimmt. § 2. Die Resorption von Min erat Stoffen durcli die Wurzeln. Allgemeine Erfahrungen. Es gehört unter die Reihe der unvergänglichen Verdienste von Th. de Saussure (1), volle Klarheit darin geschaffen zu haben, daß für die Ernährung der Landpflanzen keine andere Quelle der Mineralstoff- zufuhr besteht, als der Vorrat, welcher im Boden geboten ist und welcher von den Wurzeln aufgenommen und zugeführt wird; daß aber auch alle in den Pflanzen vorhandenen unveibrennlichen Bestandteile aus dem Erdsubstrate stammen und man keine anderen Aschenstoffe in den Pflanzen findet, als diejenigen, welche dem Boden entnommen werden konnten. Saussure war wohl der erste Forscher, welcher mit Nachdruck die Mineralstoffe als lebensnotwendige Bestandteile des Pflanzenkörpers be- zeichnete. Saussure erkannte schließlich, daß die Pflanze als lebender Organismus eine ihrem Bedürfnis entsprechende quantitative Auswahl unter den Aschenstoffen des Bodens trifft, und dieselben in einem anderen Verhältnis aufnimmt, als sie in der Bodenlösung enthalten sind. Unserer historischen Einleitung ist zu entnehmen, wie langsam sich die Erkenntnis Bahn brach, daß keiner der in den Aschenstoffverbindungen in der Pflanze enthaltenen Grundstoffe durch die Lebenstätigkeit der Pflanzen entsteht. Durch die- Schwierigkeit des Nachweises minimaler Mineraistoffquantitäten war es bedingt, daß immer wieder der schon van Helmont unterlaufene Irrtum geschah, reines Wasser als geeignete Pflanzen- nahrung anzusehen. Carree (2) wollte (1705) die Aufnahme der Nahrung der Pflanzen aus dem Boden durch Haarröhrchenwirkung erklären. 1746 meinte Bonnet (3) aus seinen in Moos und Schwämmen gehaltenen Kulturen eine Ernährung durch Wasser annehmen zu dürfen, noch 1799 hielt Grell (4) reines Wasser für ausreichend zur Pflanzenernährung, und selbst 1820 befaßte sich Mac Nab (5) mit der auffälligen Erscheinung, daß Ficus australis ohne Erde in freier Luft 8 Monate hindurch wuchs. Die Forschungen Saus- SURES hatten so wenig raschen Einfluß, daß 1818 ein hervorragender Forscher, 1) Saussure, Über den Einfluß des Bodens auf die Bestandteile der Pflanzen: Gilberts Ann., 6, 4ö9 (1800). Chem. Untersuch, über die Vegetation, Ostwalds Klassiker, Nr. 16, p. 44 (1804). — 2) Carree, Paris. Akademie, Phys. Abhandl., II. Teil. Breslau 1748, p. 501. — 3) Bonnet, M6moir. pr6s., i, 420 (1746). Crells Neueste chem. Arch., /, 66 (1798). — 4) Grell, Crells Ann. (1799), I, 110. — 5) Mac Nab, Ann. Chiiu. et Phys. (2), 15, 87 (1820). § 2. Die Resorption von Mineralstoffen durch die Wurzeln. 471 wie DÖBEREINER (1), die Entstehung des Kali in der Pflanze als möglich ansieht, und später Mollerat (2) direkt von Kaliproduktion in den Kartoffel- knollen spricht. Den definitiven Abschluß dieser unsicheren Vorstellungen, die Saussure treffend mit dem Traum der Alchymisten, Gold zu erzeugen verglich, bedeuten erst die viel erwähnten klassischen Experimente von Wiegmann und Polstorff (3), welche so glücklich waren, durch schlagende Argumente die Überzeugung von dem Ursprünge der Aschenstoffe aus dem Boden in den weitesten Kreisen für immer zu begründen, was Saussure leider noch nicht gelungen war. Wiegmann und Polstorff ließen 28 Lepi- diumsamen in zerschnittenem feinen Platindraht keimen, hielten die Kultur mit destilliertem Wasser feucht und sorgten für reines 0- und N- Gemisch mit COg-Zusatz als Atmosphäre. Die Pflänzchen starben nach 26tägigem Wachstum ab und enthielten 0,0025 g Asche: genau soviel wie 28 reife gute Lepidiumsamen. Weniger genaue Resultate lieferten Versuche mit Sand, der ausgeglüht und mit Königswasser gewaschen worden war; doch konnte hier leicht gezeigt werden, daß Begießen mit Mineralsalzlösungen die Pflenzen in diesem Substrat^ zu freudigem Gedeihen brachte, während Begießen mit destilliertem Wasser nur sehr kümmerliches Wachs- tum unterhalten konnte. Damit war der seit Anfang des 19. Jahrhunderts im- Verein mit der unzureichenden Beurteilung der Bedeutung der Kohlen- säureassimilation so verbreiteten Ansicht von der Aufnahme organischer Stoffe aus Boden und Dünger durch die Wurzeln, der „Humustheorie", das endgültige Urteil gesprochen, und gezeigt, daß der gesamte Kohlenstoff- bedarf der grünen Pflanzen im Sinne der SAUssuREschen Anschauungen aus der Kohlensäure der Luft gedeckt werden muß. Nicht allein durch die von Senebier und Hassenfratz geteilte Ansicht, daß die Kohlensäure- zufuhr zu den assimilierenden Blättern durch die Gefäßbahnen aus den Wurzeln und aus dem Boden erfolgt, sondern auch durch die Unkenntnis von der Notwendigkeit der Mineralstoffe für das Leben der Pflanze, war die Meinung, daß die organischen Stoffe des Bodens als Hauptquelle der Pflanzen- nahrung anzusehen seieji, so lange gestützt worden. Chaptal (4) sagte noch 1823: „que les sels sont pour les plantes ce que les epiceries et le sei marin sont pour l'estomac de l'homme", obwohl schon 20 Jahre zuvor Saussure gezeigt hatte, daß es sich in den Aschenstoffen um unentbehrliche Nahrungsbestandteile, und nicht um entbehrliche Reizmittel, „Gewürze", handelt. Moleschott (5) äußert sich in seinem bekannten Werke: „Nur in den seltensten Fällen können die Organismen ohne alle anorganischen Stoffe bestehen. So fand Mulder gar keine Asche in der Essigmutter und wenigstens keine wägbare im Hornstoff der Samen von Iris und Alstroe- meria." Aber auch die Kenntnisse von dem die Aschenstoffe resorbierenden Organ, den Wurzeln, klärten sich nur langsam. Auf S. Simon, den Ver- fasser des 1768 anonym erschienenen Buches: ,,Des Jacinthes", leitet sich die später so vielfach geäußerte Ansicht zurück, daß die Wurzeln in erster Linie Absonderungsorgane für die Pflanze dars.tellen, eine Ansicht, welche später Brugmans, Moldenhawer, sodann 1832 Macaire-Prinsep weiter ausgeführt haben (6), und die teilweise noch Treviranus (7) vertrat. Als 1) DöBEREiNEB, Schweigg. Journ., 23, 79 (1818). — 2) J. B. Mollekat, Ann. Chim. et Phys. (2), 28, 165 (1825); Braconnot, Ann. de Chim., 61, 187 (1807). Noch 1837 zeigte Pelletier [Berzelius Jahresber., j8, 247 (1839)], wie wenig maucho Forsoher von der richtigen Ansicht durchdrungen waren. — 3) A. F. Wiegmann u. L. Polstorff, Über die anorganischen Bestandteile der Pflanzen. Braunschweig 1842. — 4) Chaptal, Chim. appliquec ä l'agricult., i, 91 (1823). — 5) J. Moleschott, Physiol. des Stoffwechsels (1851), p. 158. — 6) Vgl. Lit. bei Czapek, Jahrb. wiss. Bot., 29, 324. — 7) Treviranus, Physiol. der Gewächse (1835), I, 378. 472 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. ,, Sekret" wurden meist die in Abstoßung begriffenen, gequollenen Teile der Wurzelhaube angesehen. Obwohl bereits Malpighi (1) die Wurzelhaare verschiedener Pflanzen genauer beobachtet hatte, und ihre physiologische Bedeutung sicher in wesentlichen Zügen erfaßt hatte, wurden noch im 19. Jahrhundert sehr verfehlte Theorien über die Funktionen der Wurzeln aufgestellt. De Candolle (2) meinte, der resorbierende Teil der Wurzeln sei nur die äußerste Spitze, welche besondere hygroskopische Kraft besitze („Wurzelschwämmchen"). Richtige Angaben und Vorstellungen finden wir aber schon bei Meyen{3), wo die Wurzelhaare in ihrer Bedeutung als resor- bierende Organe voll gewürdigt werden, und die physiologischen Verhält- nisse der Aschenstoffe im Geiste der von Saussure begründeten An- schauungen verständnisvoll dargelegt werden. Ohlert (4) hat die Theorie DE Candolles durch einfache Versuche wiederlegt, indem er zeigte, daß das Eintauchen der Spitzen allein nicht genügt, um hinreichende Wasserauf- nahme bei Wurzeln zu ermöglichen, und daß Entfernen der Wurzelspitzen die Funktionstüchtigkeit der Organe nicht aufhebt. Dafür, daß die Wurzelhaare die Hauptrolle bei der Mineralstoff- resorption spielen, sprechen so viele Tatsachen, daß sie meist als die bei der Wurzelfunktion ausschließlich in Betracht kommenden Organe hingestellt werden. Der innige Kontakt mit den Bodenpartikeln, wodurch die Wurzel- haare in die Lage kommen, mit der kapillar festgehaltenen Bodenflüssig- keit allenthalben in osmotischen Stoffaustausch zu treten, die diesen Aus- tausch unterstützende schleimige Beschaffenheit der äußeren Schichten der Zellmembran, die große Oberfläche des Wurzelhaarkleides, die Tat- sache, daß auf polierten Marmorplatten zahlreiche Wurzelhaarabdrücke durch die lösende Wirkung der produzierten COg auftreten, die Dauer- haftigkeit der Verbindung der Haaroberfläche mit den Bodenteilchen, ferner die Erfahrung, daß die Wurzelhaare in der Regel schwächer ent- wickelt sind, wenn die Wurzeln in wässeriger Nährlösung gezogen werden und so imstande sind, ohne Zuhilfenahme großer Kontaktflächen schnell und ausgiebig ihre resorbierende Tätigkeit zu entfalten: alles dies sind Gründe genug, um in den Wurzelhaaren wirklich die Hauptstätte der Mineralstoffresorption im Boden zu sehen. Allerdings ist die Möglich- keit gegeben, daß auch die noch haarlosen, weiter vorn gelegenen Partien unter günstigen Verhältnissen sich an der Ernährungstätigkeit der Wurzeln mitbeteiligen, wie Kny (5) durch besondere Versuche für die Nitrat- aufnahme gezeigt hat. Ausführliche Untersuchungen zur physiologischen Anatomie der Wurzelhaare hat Fr. Schwarz (6) angestellt. Nach Snow (7) drückt höhere Temperatur die Wurzelhaarbildung herab, und in destil- liertem Wasser werden weniger Haare gebildet als im Leitungswasser. Bei vermindertem Sauerstoffzutritt werden keine Wurzelhaare gebildet, worauf auch die bei Wasserkultur oft zu beobachtende Hemmung der Haarbildung beruhen mag. Lichtzutritt verlängert die haartragende Zone. Nach RiGG (8) scheint Humussäure enthaltendes Sumpf wasser die Wurzel- 1) M. Malpighi, De radicibus plantarum (Opera omn., Tora. II). — 2) De Can- dolle, Organographie, /, 261; Physiologie (Röpers Übersetzung), i, 61 (1833). — 3) Meyen, Neues System der Pflanz. physiol, 2, 11 (1838). — 4) Ohlert, Linnaea (1837), p. 609. — 5) L. Kny, Ber. bot. Ges., i6, 216 (1898); Coupin, Compt. rend., 169, 242 (1919). — 6) Fr. Schwarz, Untersuch, bot. Inst. Tübingen, z, 135 (1883). Verhalten der Wurzelhaare gegen Lösungen: G. Stielek, Dissert. Kiel 1903. — 7) M. L. Snow, Bot. Gaz., 40, 12 (1905). — 8) G. B. Rigg, Ebenda, 55, 314 (1913). § 2. Die Resorption von Mineralstoffen durch die Wurzeln. 473 haarbildung von Tradescantia zu hemmen; in drainiertem Sumpfwasser wuchsen die Haare normal. Nach Hansteen u. Coupin (1) wird die Wurzelhaarbildung der Kulturpflanzen durch Bodensalze merklich be- einflußt. Ihre Bildung wird durch zu hohe und zu niedrige Kalkgaben im Verhältnis zu Kali oder Magnesia beeinträchtigt. Succulenten haben nach Hesse (2) eine auffallend starke Haarentwicklnng an den Wurzeln, auch Halophyten zeigen die Haarbildung bis zu einem gewissen Grade gesteigert. Coupin (3) schilderte die Cytologie der Wurzelhaare; er fand den Kern oft weit entfernt von der wachsenden Spitze, meist noch in der generativen Zelle des Haares gelegen; Öltropfen als Einschlüsse wurden oft bei Pflanzen beobachtet, die sonst kein Fett enthalten. Die Zellmembran ist oft sehr dünn. Eindringen von Ca-Salzlösung läßt sich nach 0sterhout(4) an den Wurzelhaaren der Keimwurzeln von Di- anthus barbatus ohne weiteres feststellen, indem sich Calciumoxalat in den Haarzellen ausscheidet; ebenso werden nachweislich Na, K, Mg und Fe aufgenommen. Interessante Regulationen der Absorptionstätigkeit der Wurzeln im Licht und Dunkeln beobachtete Pantanelli (5). Als die be* blätterten Stengel allein belichtet wurden, war die Wasseraufnahme der Wurzeln gefördert, die Salzaufnahme relativ vermindert. Waren die Wurzeln allein belichtet, so nahmen sie wieder relativ mehr Wasser auf als Salze. Im Dunkeln wurden absolut weniger aber relativ mehr Salze aufgenommen als Wasser. Total belichtete Kulturen nahmen relativ mehr Wasser auf, total verdunkelte relativ mehr Salze. Die Frage, bis zu welcher Grenze die Wurzeln dem Boden Wasser entziehen können, wurde von MÜNTz(6) berührt. Trockener Boden absorbiert unter Wärme- entwicklung eine bestimmte Menge Wasser, z. B. 2%, sehr fest. Nur das oberhalb dieser Grenze vorhandene Wasser kann ihm durch die Wurzeln entzogen werden; wasserärmerer Boden entzieht umgekehrt den Wurzeln Wasser. Daß bei der Aufnahme der Salze das Konzentrations- gefälle bedeutend durch den Verbrauch und Umsatz in der Zelle be- einflußt werden muß, bedarf hier keiner Ausführung (7). Die Oberflächenvergrößerung, welche die Wurzel durch die Haar- bildung erlangt, mag man nach roher Schätzung ebenso hoch veran- schlagen wie die Wurzeloberfläche ohne Haare, so daß letztere durch die Haarausbildung etwa verdoppelt wird (8). Man kann nach Girard(9) durch Bestreuen der Wurzeln mit Schwefelblumen und Wägen der letzteren die Oberfläche der W^urzeln annähernd ermitteln; 1 g Schwefel- blumen entspricht (mit 10% Fehler) 200 qcm Oberfläche. Die Total- länge des Wurzelsystems eines Pflanzenindividuums ist in älteren Angaben außerordentlich überschätzt worden. Nach Harvey-Gibson (10) betrug bei einer blühenden Pflanze von Cucumis sativus, wo Clark von 80000 Fuß Wurzellänge sprach, die Totallänge des Wurzelsystems nur 1) B. Hansteen, Nyt. Mag. Naturvid., 47, 181 (1909); Coupin, Compt. rend., 164, 641 (1917). — 2) H. Hesse, Dissert. Jena 1904. Über die bei trockengehaltenen Bryophyllum- Wurzeln auftretenden Drüsenhaare vgl^ Haberlandt, Sitz.ber. Berlin. Ak., 1915, XII, 25. Febr. — 3) H. Coupin, Rev. gen. Bot., 21, 63 (1909). — 4) W. J. V. Osterhout, Ztsch. physik. Chem., 70, 408 (1910). — 5) E. Panta- nelli, Landw. Jahrb., 34, 665 (1905). — 6) A. Müntz, Compt. rend., 150, 1390 (1910). Über die Bodensalze usw. vgl. 0. Reitmair, Verh. Nat. Ges. (1913), II, i, 443; A. D. Hall, Brenchley u. Underwood, Phil. Trans. Roy. See, B, 204, 179 (1913); GoLA, Annali di Botan., j, 456 (1906); 8, 1 (1910). — 7) P. Maze, Compt. rend., 159, 271 (1914). — 8) F. Czapek, Landw. Vers.stat., 52, 473 (1899). — 9) A. GiRARD, Compt. rend., 102, 1257 (1886). — 10) R. J. Harvey-Gibson, Ann. of Bot, 26, 519 (1912). 474 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. 280 Fuß. Wenn im allgemeinen Wurzeln von größerem Durchmesser bei der Flüssigkeitsaufnahme aus dem Boden besser arbeiten, so wird man zu bedenken haben, daß hier neben der Wasseraufnahme die re- gulierende wasserspeichernde Wirkung des Wurzelrindenparenchyms als begünstigender Faktor mitspielt, wie man aus den Beobachtungen an den zahlreichen Epiphyten mit dimorphen Wurzeln (Haft- resp. Nest- wurzeln und Nährwurzeln), und den Wurzeln von Sumpfpflanzen schließen darf(1). Durch die zentrifugal fortschreitende Ausbreitung des Wurzel- systems in seiner ganzen Peripheriefläche, welche ungefähr der Mantel- fläche eines schlanken Kegels entspricht, erschließen sich der Wurzel- tätigkeit fortdauernd neue, noch nicht ausgebeutete Bodenpartien. Die energischste Wirkung pflegt gerade in den peripheren Teilen des Wurzel- systems, welche die größte Zahl feiner Zweigsysteme besitzen: „Wurzel- filz" bei Topfpflanzen [Sachs (2)] entfaltet zu werden. Wachstum und Form des Wurzelsystems paßt sich übrigens in vielen Fällen sehr aus- geprägt den Bedingungen an, unter welchen sich die Pflanzen entwickeln, und ' so sehen wir mannigfache interessante Abänderungen bei Einsaat in verschiedene Bodentiefen usw. in der Form des Wurzelsystems ein- treten, welche auf Einhaltung der stärksten Ausbreitung in bestimmte Tiefenregionen ausgehen. Hierüber haben C. Kraus, Tietschert, KossowiTSCH, Massart und andere Forscher (3) eine Reihe bemerkens- werte Erfahrungen gesammelt. Die Tiefenausdebnung des Wurzelsystems der Kulturpflanzen beträgt stets das Mehrfache der Höhe der ober- irdischen Teile. Es geht bei Sommerhalmfrüchten auf die 3— 4fache, bei Winterhalmfrüchten nach abgeschlossener Entwicklung auf die 7 — Sfache Halmlänge [Schulze (4)]. Auch kleinere Pflanzen gewinnen bis 3,5 m Bewurzelungstiefe (5). Felsen- und Wüstenpflanzen sind oft gezwungen mit ihren Wurzeln tief in Gesteins- und Bodenspalten vorzudringen, um sich in Besitz genügender Wasserzufuhr zu setzen. Die Angabe von Volkens(6), wonach Wüstenpflanzen ihre Wurzeln häufig durch die trockenen Bodenschichten in große Tiefen bis zum Grundwasser ent- senden, läßt sich nach Fitting(7) nicht aufrecht halten, sondern auch hier müssen die obersten trockenen Bodenschichten als Feuchtigkeitsquelle dienen. Mehrfach ist festgestellt worden (8), wie Form und Wachstum der Wurzeln durch die dargebotene Nährsalzkonzentration beeinflußt wird und man mag in der auffälligen Verlängerung der Wurzeln beim Wachsen in destilliertem Wasser, in N-freien, überhaupt in unvollständigen 1) Über Epiphytenwurzeln u. a.: F. Czapek, Sitz.ber. Wien. Ak., ii8 (1909); 0 Forsch, Denkschr. Wien. Ak., 1911; Anzeiger, lo, 179 (1911); Wurzeldurchmesser auch E. Vasallo, Gazz. chim. ital, 41, I, 342 (1911). — 2) J. Sachs, Flora (1892), p. 171. —3) C; Kraus, Forsch. Agr. Physik, 55, 234 (1892); Tietschert, Keimungs- versuch mit Seeale (1872); Kosso witsch, Forsch. Agr. Physik, 17, 104 (1894); Massart, Bull. jard. Bot. Bruxell., i, fasc. 4 (1903). M. Molliard, Bull. Soc. Bot. (4), 9, 42 (1909). Pfeffer, Pflanzenphysiol., i, 139 (1897). Wurzelbilder verschie- dener Kulturpflanzen: B. Schulze, Wurzelatlas. Berlin 1914. — 4) B. Schulze, Naturwiss., 1915,, p. 394. — 5) Modestov (1915), ref. Bot. Zentr., 135, 339. Vgl. ferner Wächter, Mitteil. kgl. Landesanst. Wasserhyg., 21, 206 (1916); Worobiew (1916), ref. Bot. Zentr., ij'S, 53; Kroemer, Landw. Jahrb., 51, 673 (1918). — 6) G. Volkens, Sitz.ber. Akad. Berlin, 28. Jan. 1886. — 7) H. Fitting, Ztsch. f. Bot., j, 209 (1911). — 8) A. E. Krassnow, Just (1888), I, 14; Pethybridge, Ebenda (1900), II, 252; R. Gemeck, Bot. Zentr., 92, 248(1903); Dassonville, Rev. g6n. Bot., 8, 284 (1896). Über die starke Streckung von Wurzeln in N-freier Nähr- lösung: Müller-Thurgau, Zentr. Agr. ehem., 29, 101 (1900). Wurzeltätigkeit sub- merser Pflanzen: R. H. Pond, U. S. Fish Commiss. Rep. for 1903, p. 483 (1905).' § 2. Die Resorption von Mineralstoffen durch die Wurzeln. 475 Nährlösungen eine zweckmäßige Einrichtung erblicken, welche die Wurzeln dazu befähigt, nährstoffarme Bodenstrecken rascher zu überwinden. Den mit Mykorrhiza ausgerüsteten Wurzeln geht das Haarkleid ab, und augenscheinlich übernimmt bei mykotrophen Gewächsen die aus Pilz- fäden bestehende Hülle die Funktion der Wurzelhaare. Stahl (1) ver- danken wir wichtige Studien über die Beziehungen der Mykorrhizen zur Versorgung mit Aschenstoffen. Schreiner u. Reed(2) haben die Wechselwirkungen zwischen Neutralsalzen und der oxydasischen Wir- kungen von Wurzelhaarzellen geprüft; doch ist hier nicht zu ersehen, wie etwa Fermentwirkung und Fermentproduktion beeinflußt wird. Meist handelt es sich um ein Plus an Oxydationswirkung bei Anwesenheit von Elektrolyten. Wie schon Saussure in seinen grundlegenden Experimental- untersuchungen ausführte, finden sich die aus dem Boden in die Wurzeln übertretenden Mineralstoffe in der Pflanze in einem anderen Mengen- verhältnis als in der Bodenflüssigkeit. Dieses „quantitative Wahl- vermögen" wurde in den Betrachtungen von Schulz- Fleeth (3) in seinem Wesen richtig als Tätigkeit des lebenden Organismus aufgefaßt. Auch Trinchinetti (4) erläuterte dieses Verhältnis durch neue Ver- suche. Die einschlägigen Tatsachenkomplexe werden wirksam durch die vielfältige Erfahrung vor Augen geführt, daß verschiedene auf demselben Boden erwachsene Pflanzenarten Asche von ungleicher Beschaffenheit liefern und manche im Boden nur in minimalen Spuren vorhandene Mineralstoffe in viel erheblicherer Menge enthalten. Daß die Wurzeln in ihrer aktiven Tätigkeit bei der Stoffaufnahrae von den oberirdischen Teilen wesentlich unabhängig sind, beweist die Fortdauer der Mineral- stoffaufnahme nach Abschneiden des Stammes an seinem Grunde. Wie Hansen (5) gezeigt hat, läßt sich die Wirkung lebender Wurzeln in der Weise ausschalten, daß Pflanzen mit abgebrühtem Wurzelsystem fort- fahren mineralische Nährlösung aufzunehmen. Möglicherweise würde die Fortführung dieser Versuche und die Ausdehnung derselben auf Chloro- formnarkose, Giftwirkungen usw. nähere Kenntnisse von der Tätigkeit des Wurzelsystems vermitteln und etwaige Einflußnahme der ober- irdischen Teile auf die Art der Mineralstoffversorgung von der direkten Wurzeltätigkeit trennen lassen. Daß bei der Mineralstoffaufnahme in die lebenden Wurzeln Endosraose und Umwandlung der eingedrungenen Stoffe als treibende Faktoren gemeinsam tätig sind, hat schon Mulder (6) klar erkannt. Die Einsicht wird dadurch erheblich erschwert, daß die lebende Plasmahaut als osmotische Membran die Aufnahme der Stoffe durch Löslichkeitsunterschiede regelt. Auf dem Gebiete dieser Fragen ist in neuerer Zeit die Auffassung vorherrschend, daß die Plasmahaut ein System von festen und flüssigen Kolloiden von bestimmten elektrochemischen Qualitäten und von bestimmtem Elektrolytgehalt darstellt, welches für das Durchlassen der Bodensalze entscheidend wirken muß (7). Adsorptive 1) E. Stahl, Jahrb. wiss. Bot., 34, 639 (1900). — 2) 0. Schreiner u. H. S. Reed, U. S. Dept. Agric. Bur. of Solls, Bull. Nr. 56. Washington 1909. — 3) C. Schulz-Fleeth, Der rationelle Ackerbau (1836), p. 124. Pogg. Ann., 88, 17 (1863). — 4) A. Trichinetti, Sulla facoltä della radice (1843); Bot. Ztg. (1845), p. 111. Auch E. Demoussy, Compt. rend., 127, 970 (1899). — 5) A. Hansen, Arb. bot. Inst. Würzburg, j, 305 (1 ;5). — 6) Mulder, Physiol. Chem. (1844), p. 678, Anm. — 7) Über Salzaufnahme besonders 'Fitting, Jahrb. wiss. Bot., 56, 1 (1915); Pantanelli, Ebenda, p. 689; ferner Lesage, Compt. rend., 164, 119 Q917); Maquenne.u. Demoussy, Ebenda, p. 979; Stiles u. Kidd, Proc. Roy. Soc, B, go, 487 (1919); Girard, Compt. rend., j68, 1335 (1919). Siehe auch Bd. I, p. 56 u. 178ff. 476 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. Verdrängungen spielen in erster Reibe mit. Dabei ist es wesentlicb, daß die im lebenden Plasma an die Kolloide gebundenen Ionen in jenen relativen Konzentrationen vorhanden sind, in welchem sie in Seewasser vorkommen, und man kann dieses Mischungsverhältnis im weitesten Sinne als „physiologisch" ansehen. Osterhout hat betont, daß Schädi- gungen des Plasmas um so leichter durch lonengemische von außen er- folgen können, je konzentrierter die äußere Lösung ist. Deswegen ist es in sehr verdünnten Salzlösungen, wie sie im Boden geboten sind, nicht nötig, eine „physiologische Balanzierung" mit den Plasmasalzen einzuhalten, während es in konzentrierteren Lösungen sehr wichtig ist, daß nicht nur die bestimmten Mineralnährstoffe, sondern auch bestimmte lonenmischungen dargereicht werden. Für die Ernährung der Pflanzen kommen vor allem die Kationen K", Na, Ca", Mg", H", Fe" und Fe'", die Anionen Cl', NO3', SO4" und HPO4" in Betracht. Wenigstens legt man derzeit auf die Gegenwart anderer Ionen für die Pflanzenernährung kein Gewicht, eine Ansicht, welche möglicherweise manchen Abänderungen unterzogen werden wird. Nach Feststellung der Notwendigkeit von Mineralstoffen zur Ernährung überhaupt, wie sie durch die Versuche von Wiegmann u. Polstorff endgültig erreicht war, stand man vor der Aufgabe, zu entscheiden, welche von den im Boden vorkommenden Mineralstoffe zu den un- bedingt zum Leben wichtigen Nahrungsstoffen gerechnet werden müssen. Einschlägige Arbeiten erschienen bald nach Wiegmann-Polstorffs Untersuchungen, und es nehmen darunter die Versuche des Fürsten zu Salm-Horstmar (1) eine hervorragende Stelle ein. Bei diesen Ex- perimenten war die Wahl eines geeigneten Nährbodens von größter Be- deutung. Salm-Horstmar wählte als Substrat Zuckerkohle oder aus- geglühten Quarzsand, Es lag nur in der schlecht kontrollierbaren Beschaffenheit dieser Nährsubstrate, wenn teilweise unzutreffende Resultate, wie Unentbehrlichkeit von SiOj, AI2O3, Mangan und Entbehrlichkeit von Magnesia, verzeichnet wurden. Deshalb war es ein außerordentlicher methodischer Erfolg, als es gelang, zu beweisen, daß Pflanzen in wässe- rigen Mineralsalzlösungen von geeigneter Zusammensetzung völlig normal gedeihen, so daß man an Stelle der Sandkultur die hier weit vol-teilhaftere „Wasserkulturmethode" setzen konnte. Liebig kommt das Verdienst zu, die Anregung zur Ausbildung solcher Methoden gegeben zu haben. Die mühevolle Ausarbeitung geeigneter Ver- fahren, sowie der Beweis, daß erfolgreiche Wasserkultur möglich ist, war das Werk von J. Sachs, Knop, Stohmann, Nobbe (2) und späterer Forscher. 1) Fürst zu Salm Horst mar, Versuche und Resultate über die Nahrung der Pflanzen. Braunschweig 1866; Journ. prakt. Chem., 46, 193 (1849); Ann. Chim, et Phys. (3), 32, 461 (1861). — 2) J. Sachs, Sitz.ber. Wien. Ak., 26, 331 (1858) Landw. Vers.stat., 2, 22, 224 (1860). Liebig, Die Chemie in ihrer Anwendung usw. 7. Aufl., 2, 395 (1862); Knop, Landw. Vers.stat., 2, 65 (1860); 3, 295 (1861); Stoh MANN, Lieb. Ann., 121, 314 (1862); Nobbe, Wolff, Jahresber. Agr. Chem. (1861) Knop u. Dworzak, Verhandl. sächs. Ges. Leipzig (1875), p. 29. Petersen, Fühlings landw. Ztg. (1876), p. 336. A. Brasch u. Rabe, Biedermanns Zentr. (1876), p. 122. Sorauer, Just (1877), p. 677 für Obstbäume; Nobbe, Hänlein u. Councler Tharandter forstl. Jahrb. (1880), p. 1. Tollens, Journ. f. Landw. (1882), p. 537 Hellriegel, Beitr. z. d. naturw. Grundlag. d. Ackerbaues (1883). Untersuch, üb d. Stickstoffuahrung (1888). Knop, Landw. Vers.stat., 30, 292 (1884). Troschke Just (1884), I, 60 für Lupine; E. Heiden, Zenti. Agr. chem. (1844), p. 622. Wort MANN, Bot. Ztg. (1892) p. 643. R. Otto, Ber. bot. Ges., 17, 139 (1899) für Kohlrabi § 2. Die Resorption von Mineralstoffen durch die Wurzeln. 477 Seit langer Zeit ist es dadurch möglich, wenigstens von einer größeren Anzahl von Pflanzenarten (darunter sind Zea Mays, Phaseolus, Fagopyrum be- sonders leicht zu ziehen), vollkommen normale üppige Exemplare in Wasser- kultur zu erhalten, welche ebensoviel keimfähige Samen hervorbringen wie kräftige Pflanzen im Erdboden. Nach Laubert (1 ) ist besonders Trades- cantia viridis ein günstiges Objekt für Wasserkulturversuche. Ohne näher auf die Einzelheiten der Technik einzugehen, sei erwähnt, daß es wichtig ist, möglichst geräumige Glasbehälter als Kulturgefäße zu wählen, dieselben dunkel und kühl zu halten und für die Sauerstofiversorgung der Flüssigkeit durch öfteres Durchblasen eines Luftstromes Sorge zu tragen. Schätzens- werte Winke gab im Hinblick auf diese Dinge Wortmann, 1. c. 1892. Für eine passende Befestigung der Pflanzen wurden verschiedene brauchbare Vorschläge gemacht (2). Als ,, Normallösung" wird seit 50 Jahren die von Knop ermittelte Mischung verwendet. Von einer Mischung aus 4 Gewichts- teilen Ca(N03)2 und je 1 Gewichtsteil von KNO3, KH2PO4, MgSOi werden 2— 3 g auf 1 1 Wasser gelöst und hierzu 1 Tropfen FeClg oder ein Körnchen FeSO^ hinzugefügt. Will man eine vollständige konzentrierte Lösung auf- bewahren und dieselbe nach Bedarf verdünnen, so hält man sich nach Knop (1884) vorrätig: eine Lösung von 205 g MgSOi in 3,5 1 Wasser; eine Lösung von 400 g Ca(N03)2, 100 g KNO3 und 100 g KH2PO4 in 3,5 1 Wasser. Je 100 cem dieser beiden Lösungen auf 10 1 Wasser geben eine 2"/ooige all- gemein verwendbare Nährlösung, der nur noch eine Spur Eisensalz zuzu- setzen ist. In unserem Institut werden von den vier erwähnten Salzen 10% ige Lösungen getrennt aufgehoben. Zum Gebrauche werden in einem Meß- zylinder 40 ccm Ca(N03)2, und je 10 ccm der drei anderen Lösungen ge- mischt und dieses Quantum auf 31/2 1 Wasser verdünnt. Soviel Flüssigkeit dient in der Regel für ein Wasserkulturgefäß. Die Grenzen des Konzen- trationsoptimums sind nicht eng. Tottingham (3) fand für Triticum 0,6% als beste Konzentration. Schon früher beobachtete Otto für Kohlrabi- pflanzen die Bevorzugung höherer Konzentrationen. Halophyten vertrugen in Stanges Versuchen (4) noch einen Zusatz von 3j% NaCl ohne Schaden zu nehmen. Sehr schädlich ist Eintritt alkalischer Reaktion im Nährmedium. Nötigenfalls wird man die nötige Azidität durch Zusatz von etwas HNO3 oder H3PO4 wieder herstellen. Als Modifikationen der KNOPschen Lösung wäre zu nennen: Die PFEFFERsche Nährlösung: Aq. dest. 1000; Ca(N03)2+Aq. 1,3; KNOj 0,33; KH2PO4 0,33; MgSOi -f Aq. 0,33; KCl 0,16. Eisen: auf 7 1 oder auf 3 1 3—6 Tropfen der offizinellen FeCl 3- Lösung. Die SACHSsche Nährlösung: Aq. dest. 1000; KNO3 1; CaS04 +Aq. 0,5; MgS04+Aq. 0,5; Ca3(P04)a 0,5; „Spuren Eisen". Die Ad. MAYERsche Nährlösung: Aq. dest. 1000; Ca(N03)2 + Aq. 1; KNOs 0,25; KH2PO4 0,25; MgS04 -f Aq. 0,25; Fe3(P04)2 + Aq. 0,2. 1) R. Laubert, Monatsh. nat.wiss. Unt., /, 241 (1908). — 2) Paraffinierte Drahtnetze: B. E. Livingston, Plant World, 9, 13 (1906); Porzellanschrot: F. Pilz, Wiener landw. Ztg., 61, 211 (1911); Paraffinblöcke: C. Hoffmann, Zentr. Bakt., II, 34, 430 (1912). Bot. Gaz., 55, 244 (1913). — 3) W. E. Tottingham, Physiol. Research. Baltimore, i, Nr. 4, p. 133 (1914). W. Stiles, Ann. of Bot., 29, 89 (1916); 30, 427 (1916). Shive, Plant World, 17, 346 (1914). Brenchley, Ann. of Bot., 30, 11 (1916). Gurlitt, Beihefte bot. Zentr., 35, h 279 (1918). Wirkung starker Düngersalzgaben: Warnebold, Landw. Jahrb., 49, 216 (1916). J. Simon, Ber. Flora, Dresden 1910, p. 118. Beal u. Munoie, Journ. Amer. Chem. Soc, jS, 2784 (1916). — 4) Stange, Bot. Ztg. (1892), p. 253. 478 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineral Stoffwechsel der Wurzeln. Die Münchener Nährlösung (1 ) : Pro 1 1 frisch destilliertes Wasser je 0,25 g KCl, MgS04, Calciumphosphat, FeS04, CaS04 und NH^. NO3. Hierzu kommt noch die von VON der Crone (2) angegebene Mischung welche lösliche Phosphate absichtlich vermeidet: Auf 1 1 Wasser kommen 1 g KNO3, 0,5 g CaS04 + Aq, 0,5 g MgS04 + Aq. und 0,5 g einer Mischung 1:1 von Fe3(P04)2 und Ca3(P04)2. Die mancherseits gerühmten besonderen Vorzüge dieser Mischung fand jedoch Benecke (3) nicht bestätigt. Neben der Wasserkulturmethode hat sich aber zur Erprobung von Düngemitteln und zu anderen Zwecken auch die Topfkulturmethode technisch weit aus- bilden lassen (4). Zu besonderen Zwecken hat man Methoden zur sicher bakterienfreien Anzucht von Phanerogamen ausgearbeitet (5), sowie „Luft- kulturen", in denen sich das Wurzelsystem in feuchter Luft entwickelt und nur zeitweise mit. Mineralnälirlösung bespritzt wird (6). Schon den älteren Experimentatoren diente zuerst die Sandkultur, sodann die Wasserkultur zur Entscheidung, welche von den im Boden häufig vorkommenden und regelmäßig durch die Pflanzenwurzeln zur Aufnahme gelangenden Mineralstoffen unbedingt geboten werden müssen, damit ein normales Leben der Pflanzen möglich ist. Knop, Lucanus, Wolff, Nobbe (7) ermittelten an Wasserkulturen, welche Stoffe als unentbehrlich anzusehen sind, und welche Mineralsubstanzen ohne Schaden fortgelassen werden können; nur wenige nicht wesentliche Punkte waren nicht so leicht aufzu- hellen. Auch die Wirkung der im Boden in kleinsten Mengen und nicht überall gebotenen Verbindungen seltener Grundstoffe wurde durch die ge- nannten Forscher zum größten Teil sichergestellt. Die Ermittlung der zum Leben unentbehrlichen Verbindungen geschah in der Regel auf dem Wege der Differenzmethode, d. h. es wurden Verbindurtjgen eines bestimmten Grundstoffes möglichst aus der Nährlösung ausgeschaltet, während sonst die Verhältnisse der Nährlösung der vollständigen Nährlösung möglichst gleichgestellt wurden. So gelang es leicht zu zeigen, daß Salze von Kalium, Magnesium, Kalk, Eisen, Phosphorsäure und Schwefelsäure nicht fehlen dürfen, wenn nicht die Pflanzen früher oder später eingehen sollen. Dies sind heute die Fundamente unseres Wissens. Eine weitere Frage war es, inwieweit die Grundstoffe fähig sind, einander zu ersetzen. Noch MoHL (8) hatte ziemhch unsichere und unrichtige Vorstellungen über diese Verhält- nisse geäußert. Erst die Wasserkulturmethode zeigte, daß von einer aus- gedehnten Substitution der als lebenswichtig erkannten Grundstoffe durch ihre nächsten Verwandten nicht die Rede sein kann, wie im folgenden Para- graphen eingehender dargelegt wird. Der Bedarf der Pflanze an den einzel- nen Mineralstoffen stimmt, wie die schönen Untersuchungen von Herbst (9) gezeigt haben, weitgehend mit dem Bedarf an Aschensubstanzen bei Tieren 1) Miltner, Prakt. Blatt, f. Pfl.bau u. Pfl.schutz, 1914, Heft 6. Landw. Jahrb. f. Bayern 1913, Nr. 10. — 2) G. von der Crone, Dissert. Bonn 1904. — 3) W. Benecke, Ztsch. f. Bot., i, 235 (1909). Auch M. Th. Arnold, Prianischnikoff, VIII. Bericht Laborator.Vers. 1911—1912. Moskau 1913, p. 27. Zu gunsten dieser Nährlösung äußert sich M. Appel, Ztsch. Bot., 10, 146 (1918). — 4) Vgl. 0. Loew, Chem.-Ztg. (1911), Nr. 87, p. 801. Über einen geeigneten künstlichen Boden vgl. A. Gautier, Compt. rend., 164, 985 (1917). — 5) z. B. Iw. Schulow, Ber. bot. Ges., 3J, 97 (1913). Maze, Ann. Inst. Pasteur, 33, 139 (1919). — 6) V. Arciohovskij, Russ. Journ. Exp. Landw. (1911), Nr. 1. — 7) Lucanus, Landw, Vers.stat., 8, 146 (1866). Wolff, Ebenda (1868), p. 349. Daselbst auch zahlreiche Arbeiten von Knop u. Nobbe. — 8) H. Mohl, Vegetabil. Zelle (1851), p. 77. — 9) C. HERBSPi Über die zur Entwicklung der Seeigellarven notwendigen anorganischen Stoffe. Leipzig 1901. Arch. f. Entwickl.mechan., 17, 306 (1903). Tier. Ernährung: Forbes, Journ. Washington Ac, Sei., 6, 431 (1916). § 2. Die Resorption von Mineralstoffen durch die Wurzeln. 479 überein; es sind daher bei allen Organismen ziemlich dieselben Grundstoffe als lebenswichtig anzusehen, und Substitution ist allenthalben nur in sehr beschränktem Maße möglich. In bezug auf die Erforschung der allgemeinen Bedeutung der Mineralbestandteile für das Leben der Zelle haben aber auch die Wasser- kulturversuche nur sehr wenige Fortschritte gebracht. War einer der Aschenstoffe als unentbehrlich erkannt worden, so schloß sich natur- gemäß die Frage an diese Feststellung an: welche Funktionen den einzelnen Grundstoffen im Organismus zukommen. In den seltensten Fällen ist es gelungen, durch diese Fragestellung um einen Schritt weiter- zukommen. Es ist heute noch unverständlich, in welchepi Zusammen- hange die Chlorose mit der Eisenentziehung steht, welche Rolle K, Mg usw. im Organismus spielen. Die bereits ausführlich geschilderten Tatsachen der Verbreitung und Anhäufung der einzelnen Mineralstoffe sagen uns nur, daß Kali, Magnesia und Phosphorsäureverbindungen in jungen, proto- plasma- und eiweißreichen Teilen vorherrschen, während Kalk, Kiesel- säure mit zunehmendem Alter in den Vordergrund treten. Allein wenn wir versuchen, wie es etwa de Vries(I) tat, uns genauere Vorstellungen über die damit verbundenen Vorgänge zu bilden, so gelangen wir immer nur zu lückenhaften und unsicheren Resultaten, welche kaum Anhalts- punkte für experimentelle Prüfung darbieten. Die Unfruchtbarkeit, welche diese Bemühungen zeigen, liegt schon in dem Umstände begründet, daß von allen gleichzeitig anwesenden Mineralstoffen abgesehen wurde, un- bekümmert um die Möglichkeit, daß bei Weglassung eines Bestandteiles nicht unter allen Umständen dieselben Folgen eintreten müssen. Maß- gebend für die Situation des lebenden Organismus ist immer nur die Gesamtheit der gebotenen Stoffe, deren Konstellation und Wirkung sich natürlich sehr ändern muß, wenn irgendein Nahrungsbestandteil weg- bleibt. Von diesem Gesichtspunkte aus ist auch das von Liebig auf- gestellte „Gesetz des Minimums" zu beurteilen, welches besagt, daß der Ernteertrag stets von jenem Bestandteile der Nahrung abhängt, welcher in geringster Menge vorhanden ist. Im Wesen der Sache deckt sich diese Erfahrung mit der von Blackman(2) mit Klarheit entwickelten Vorstellung, daß in allen Fällen wo ein Lebens Vorgang mehreren Ein- flüssen gleichzeitig wirksam unterworfen ist, der Fortgang des Prozesses beherrscht wird von dem Grade des schwächsten Faktors, der deshalb „limiting factor" genannt wurde. So wird trotz günstiger Gestaltung der anderweitigen Ernährungsbedingungen die Pflanze bei beschränkter PO^- Zufuhr eben nur jene Entwicklung erreichen können, welche der dar- gebotenen P04-Konzentration entspricht. Doch hat Blackman diese Ver- hältnisse nicht exakt mathematisch formuliert Nach Mitscherlich (3) würden bei Konstanthaltung der übrigen Bedingungen die durch ver- schiedene PO^-Düngung bei Avena erzielbaren Ernteerträge sich unter dem Bilde einer logarithmischen Funktion darstellen lassen („Gesetz der physiologischen Beziehungen"). Als Maß des Düngungseffektes können wir die Relation zwischen Düngungsertrag (y) und Düngerstoffmenge (x): 1) H. DE Vries, Jahrb. wiss. Bot., 14, Heft 4 (1884). Egorow, Journ. Opitn. Agronom., 16, 270, Petersburg. — 2) F. F. Blackman, Annais of Botany, 19, 281 (1906). — 3) E. A. Mitscherlich, Landw. Vers.stat., 75, 231 (1911); Landw. Jahrb., 38, 637 (1909); 42, 701 (1912); 49, 336 (1916); Landw. Vers.stat., 78, 127 (1912); Die Naturwissenschaften, 8, 86 (1920); Baule, Landw. Jahrb., 51, 363 (1918). 480 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. - ansehen, d. h. genau genommen den Differentialquotienten -j-. Dieser ist nach Mitscherlich proportional zu dem vom überhaupt erziel- arei dy barenHöchstertrag^ noch fehlenden Anteil ^—jV, also: -j-^=k {A—y) oder = k • dx. Daraus erhält man durch die einfache Integration A—y In {A-~y) = C — k-x oder nach Eliminierung der Integrationskonstante: A 1 A In —r — =kx resp. k = -'ln —. , womit sich Mitscherlichs Gesetz A—y ^ X A—y prüfen läßt. Diese Deduktion hat jedoch zur Voraussetzung, daß der Ertrag (Trockensubstanzproduktion) sich stets unter Verwendung des gleichen Aufwandes an PO4 vermehrt und die produzierte Pflanzensubstanz durchschnittlich denselben P-Gehalt hat, was ja für den großen Gang der Vegetation im ganzen nicht unrichtig ist, so daß eine praktische An- näherung durch die Formulierung von Mitscherlich wohl gegeben wird. Hingegen ziehen es Pfeiffer und Fröhlich vor, die Ertrags- kurve aus einem parabolischen und eineuL geradlinigen Anteil zusammen- gesetzt zu betrachten, der Gleichung y = a-\-bx -\- cx^ -)-.... ent- sprechend (1). Führten schon Liebigs Überlegungen zu dem Resultate, daß unter allen Umständen das Mischungsverhältnis der dargebotenen Mineralstoffe (Ionen) über die Stabilität des Ernährungszustandes entscheidet, so kam dies an der Hand neuerer Erfahrungen zu noch weit schärferem Aus- drucke. Es ist das Verdienst von 0. Loew, darauf hingewiesen zu haben, daß die Relation Ca: Mg im Substrat ein gewisses Maß nach beiden Seiten nicht überschreiten darf, ohne daß schädliche Folgen für die Pflanzen eintreten (Lehre vom „Kalkfaktor"). Doch wirkten für die Phy- siologie in der Folge besonders die Arbeiten von J. Loeb auf zoo- logischem, und jene von Osterhout auf botanischem Gebiete dadurch klärend, daß sie frühzeitig den Anschluß an die physikalisch-chemischen Tatsachen suchten und fanden. Als Loeb (2) Ringelkrebse aus der Gattung Gammarus in einer dem Seewasser isosmotischen NaCl-Lösung hielt, starben darin die Tiere ebenso ab wie in destilliertem Wasser. Die Giftigkeit der NaCl-Lösung war aber sofort aufgehoben, wenn man KCl und CaCl2 in jenem Verhältnis zugefügt hatte, wie es der Zu- sammensetzung des Seewassers entspricht. Andererseits wirkt eine aus allen Seewassersalzen nur mit Weglassung des NaCl hergestellte Lösung gleichfalls schädlich. Mit Loeb drückt man die Erfahrung dadurch aus, daß man von „physiologischem Gleichgewichte" der Lösungsbestandteile spricht Das physiologische Salzgleichgewicht ist um so wichtiger, je kon- zentrierter das Medium zu sein hat, und es ist dadurch erklärlich, daß diese Verhältnisse bei den Meeresorganismen zuerst aufgedeckt werden konnten. Im allgemeinen ist die schädliche Wirkung reiner Salzlösungen und nicht äquilibrierter Salzgemische auf das Prinzip der lonen- 1) Th. Pfeiffer, Landw. Vers.stat., 7«, 131 (1912). H. Rodewald, Ebenda, p. 247. Ferner A. Mayer, Landw. Vers.stat., 7«, 115 (1912). J. Pouget u. D. Chouchak, Compt. rend., J55, 303 (1912). L. MAzfe, Ebenda, 154, 1711 (1912). A. Mayer, Landw. Vers.stat., «j, 397 (1914). — 2) J. Loeb, Pflüg. Arch., gy, 394 (1903); lOT, 252 (1906). L. J. Henderson u. K. Spiro, Biochem. Ztsch., 75, 105, 114 (1908); J. Loeb, Ebenda, 36, 275 (1911); Science, 34, 653 (1911); Osterhout, Univ. of Californ. Publ., 2, 317 (1907); Science, 55, 112; 36, 571 (1912). § 2. Die Resorption von Mineralstoffen durch die Wurzeln. 4g 1 Verdrängung aus adsorptiven Kolloidbindungen zurückzuführen. Loeb(1) hat mit Recht hinsichtlich der Ursachen der Giftigkeit reiner NaCl- Lösungen und der Entgiftung derselben durch K und Ca an die Umsetzung von loneneiweißverbindungen (Pauli) gedacht; dabei ist der Gehalt an OH -Ionen von Einfluß und die Giftwirkung nimmt mit dem OH'-Gehalt zu. Übrigens wird die relative Giftigkeit von Na und Ca auch durch die anwesenden Anionen nicht unbeeinflußt gelassen (2). Viele Er- scheinungen des Ionen-Antagonismus sind bisher nur an tierischen Ob- jekten besser gekannt, so die Wechselwirkungen zwischen KCl und NaCl [Loeb(3)], wobei es beachtenswert ist, daß durch Na nur eine un- vollständige Entgiftung von K zu erreichen ist. Für pflanzliche Objekte hob 0sterhout(4) im Gegenteil den weitgehenden Parallelismus der Na- und K-Wirkungen hervor. Maschhaupt (5) konnte bei Mais einen Antagonismus zwischen Na und K und zwischen Na und Mg nicht sicher feststellen. Für die Entgiftung von Kalisalzen durch Salze des Ca und anderer Erdalkalimetalle fand Loeb(6) den Entgiftungskoeffizienten meist größer als 30 und öOOmal größer als die Entgiftungsrelation K/Na. Magnesium- und K-Salze, die für sich giftig sind, wirken nach Oster- HOUT (7) in Mischung nur schwach oder gar nicht schädigend. In Vor- suchen von Schreiner und Skinner(8), wo gleichzeitig die Wirkung von Phosphat, Nitrat und Kali untersucht wurde, ergab sich als Optimum eine Mischung von 10—30% Phosphat, 30—60% Nitrat und 30-60% Kali. lonenantagonismen sind hier nicht ausgeschlossen, doch wurde die H*-Ionenkonzentration nicht näher beachtet und das ganze Versuchs- bild ist nicht genügend klar. Auch Oste;rhout (9) faßt die Natur des Salzantagonismus als eine gegenseitige Hinderung der Ionen beim Durchtritt durch das Protoplasma auf. Man kann nach diesem Forscher (10) die Verhältnisse sehr über- sichtlich durch „Antagonismuskurven" ausdrücken, in den die Ordinaten der Endpunkte die in den reinen Salzlösungen erhaltenen Wachstums- effekte darstellen, zwischen welchen die Wirkungen der verschieden zusammengesetzten Salzmischungen liegen. Bei Osterhout findet man weiter ausgeführt, wie Salze ohne nennenswerten Nährwert, wie NaCl, einer Pflanze dadurch von erheblichem Nutzen sein können, daß sie im Überschuß befindliche Bodensalze, wie Ca oder Mg, physiologisch äqui- librieren und so schädliche Effekte verhindern. Bemerkenswert ist es, daß, sowie das Blut in seiner lonenmischung wesentlich dem Seewasser mit seinen Salzen entspricht, auch das pflanzliche Protoplasma ein kolloides System darstellt, welches eine ähnliche SalzmiscUung enthält. Man kann dies daraus entnehmen, daß auch für Süßwasseralgen, Zellen höherer Pflanzen, Chloroplasten, ausgetretene Plasmaballen von Vaucheria, 1) J. LoEB, Biochem. Ztsch., 2, 81 (1906). Proc. Nat. Acad. Sei., I, 473 (1916). — 2) LoEB, Biochem. Ztsch. jg, 194 (1912). — Eine Übersicht über die relative Giftigkeit der Anionen und Kationen bei R. Höber, Ztsch. physik. Chem., 70, II, 134 (1909). — 3) LoEB, Biochem. Ztsch., 31, 450 (1911). Loeb u. H. Wasteneys, Ebenda, 33, 480 (1911). — 4) W. J. V. Os-perhout, Botan. Gaz., 48, 98 (1909). — 5) Maschhaupt, Versl. Landbouwkund. Onderzoek. Rijks stat., Nr. XIX (1916). Ferner Lipman u. Gericke, Journ. Agr. Res., 4, 201 (1915) für Anioupn. Mitscher- LiCH, Landw. Jahrb., 52, 279 (1918). — 6) Loeb, Biochem. Ztsch., 32, 308 (1911). — 7) Osterhout, Bot. Gaz., 45, 117 (1908); 47, 48 (1909). 0. Loew u. K. Aso, Bull. Coli, Agr. Tokyo, 7, 395 (1907). — 8) 0. Schheiner u. J. Skinner, Bot. Gaz,. 50, 1 (1910). — 9) Osterhout, Science 34, 187 (1911); 35, 112 (1912) — 10) Osterhout, Jahrb. wiss. Bot., 46, 121 (1908); 54, 645 (19i4). — Vgl. auch K. MiYAKE, Bot. Mag. Tokyo, 27, 173 (1913). M. Mac Cool, Cornell Univ. Ex. Sta. Mem., Nr. 2, p.- 211 (1914). Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., IL Bd. 31 482 Siebenundfünfzigstee Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wiu-zeln. die dem Seewasser entsprechende Van't HoFFsche Mischung in gehöriger Verdünnung das beste Konservierungsmittel darstellt, in dem sich lebende Objekte so lange Zeit unverändert erhalten, als sich die gestörte Ernährung nicht geltend macht. Wenn in der ersten Auflage (II, 842) auf die Bedeutung der Unter- suchungen von Fr. Hofmeister und Spiro über salzhaltige Kolloide für die Mineralstoffresorption durch Zellen hingewiesen wurde, so hat sich die Festhaltung dieser Gesichtspunkte durchaus bewährt. In erster Reihe darf das physiologische Salzgleichgewicht in der Zelle nicht gestört werden, wenn die Bodenbestandteile zur Aufnahme gelangen, und daraus gehen die ersten Wechselwirkungen hervor. Manche älteren Anschauungen über lonenaustausch, wie jene von Meürer(I), hatten auf diesen Stand- punkt noch nicht Rücksicht genommen und zeigen deswegen wichtige Momente, wie Adsorption in den Zellwänden, Wasserstoffionenkonzentration, nicht genügend berücksichtigt. Bei Rufz de Lavison (2) begegnen wir einseitige Betonung eines Einflusses der Wurzelendodermis auf die Mineralstoffaufnahme resp. des Plasmas der Durchlaßzellen, und für eine nähere physikalische Definierung der Tätigkeit dieser Zellen bei der lonenpenetration ist nicht Sorge getragen. Mehr Beachtung verdienen die Ausführungen von Hansteen-Cranner (3), wo auf die adsorptive Rolle der Zellwände und das Vorkommen von Fettsäuren in denselben hingewiesen wird, was auf das Gesamtbild der Wurzel tätigkeit nicht ohne Einfluß sein kann, wie noch weitere Untersuchungen näher zu bestimmen haben werden. Damit hängen manche Speicherungsvorgänge und sonstige Ionen Wirkungen zusammen (4). Durch lonenumsatz sind wohl auch die Angaben über elektive lonen- aufnahme bei Wurzeln zu erklären. Ausführlichere Daten haben Panta- NELLi und Sella(5) hierüber geliefert. Aus binären Elektrolyten soll im ersten Stadium vorwiegend das Anion absorbiert werden, so daß das Kation, besonders Ca, zurückbleibt. Die genannten Autoren gaben für diese Beobachtungen folgende Zahlen in mg-Ionen: KCl CaCl, K,SO, CaSO, KH,PO, CaHPO, Kation 23,38 0 11,6 0 1,15 1,1 Anion 30,68 51,39 18,07 1,98 49,04 78,93 für die aufgenommenen lonenanteile. Daß es sich um Trennung der ent- gegengesetzt geladenen Ionen handelt, in dem Sinne wie Ostwald (6) dieselbe durch halbdurchlässige Scheidewände theoretisch konstruierte, ist nicht wahrscheinlich. Ebenso dürfte Vermehrung der H -lonen- konzentration kaum in erheblichem Maße stattfinden können durch der- artige Trennungsprozesse (7). Daß abgeschnittene Stengel im Gegensatze 1) R. Meurer, Jahrb. wiss. Bot., 46, 603 (1909). Hierzu W. Ruhland, Mitteil. kais. biol. Anstalt Land- u. Forstwirtsch. tl910). P- 6- — Pouget u. Chouchak, Compt. rend., 154, 1709 (1912) beachten überhaupt nur Verbrauch und Konzentration als regulierende Faktoren. — 2) de Rufz de Lavison, Rev. g6n. Bot., 23, 225 (1910); 23, 177 (1911); Ann. Sei. Nat. (9), 14, 97 (1911). —3) B. Hansteen- Cranner, Jahrb. wiss. Bot., 53, 636 (1914). Nyt. Mag. Naturvid., 50, 129 (1912). 4) Vgl. F. Plate, Acc. Line. Rom. (6), 23, I, 839 (1914). Auch M. Molliard, Bull. Soc. Bot. (4), II, 74 (1911). — 5) E. Pantanelli u. M. Sella, Acc. Line. Rom. (6), 18, II, 481 (1909). — 6) Ostwald, Ztsch. physik. Chem., 6, Heft 1 (1890). — 7) Vgl. C. MoNTANARi, Staz. Sper. Agr. Ital., 27, 806 (1904). Basen- Bäurengleichgewicht im Organismus: E. d'Agostino, Arch. Internat. Physiol., 11, 38 (1911). Einfluß der Reaktion des Düngers: K. Aso u. R. Bahadur, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 7, 39 (1906). § 2. Die Resorption von Mineralstoffen durch die Wurzeln. 483 ZU den Wurzeln Aschenstoffe „wahllos aufnehmen", wie J. de Rufz DE Lavison(I) angibt, ist aus verschiedenen Gründen nicht zu erwarten. Inwieweit die von Chouchak (2) beobachtete Wirkung von Gleichströmen auf die Absorption von Nährstoffen durch Wurzeln (Elektroendosmose?) mit Vorgängen in der lebenden Zelle zusammenstößt, bleibt noch zu untersuchen. Einer näheren Feststellung wäre noch der Einfluß von kolloiden Stoffen in der Wurzelumgebung, sowohl kolloider Lösungen als fester Kolloide, auf die Aschenstoffresorption wert (3). Kolloidgelöste Mineral- stoffe scheinen eine geringe Rolle als Nahrungsbestandteile zu spielen und nur bei Fe, AI, SiOg ernstlich in Frage zu kommen. Im allgemeinen passieren diese Stoffe die Plasmahaut schwer. Mit den Bodenkolloiden tritt oft ein Wettbewerb um adsorbierte Mineralstoffe ein, dessen nähere Modalitäten noch wenig bekannt sind. Die bedeutende Quantität von Mineralstoffen, welche die Pflanzen- decke durch die Tätigkeit der Wurzeln dem Boden entzieht, zeigen folgende Daten nach den Angaben von Stöckhardt und Schröder (4). Eine Durchschnittsernte bzw. ein Waldbestand entnimmt dem Boden jährlich pro Hektar in Kilogrammen: Winter- getreide Sommer- getreide Legu- minose Klee Kar- toffel Buche Fichte Kiefer Kali .... 39,2 49,0 58,8 117,5 105,8 15.12 8,13 6,32 Kalk. . . . 13,7 17,6 58,8 117,5 35,3 98,10 69,05 24,19 Magnesia , . 8,8 9,8 15,7 41,1 19,6 16,55 8,56 5,82 Phosphorsäure 23,5 19,6 27,4 35,3 33,3 13,54 7,77 4,48 Schwefelsäure . 4,9 5,9 9,8 11,8 15,7 3,86 2,67 1,85 Kieselsäure , 105,8 86,2 9,8 19,6 7,8 63,01 53,93 6,91 Selbstverständlich steht auch der Wasserbedarf der Pflanzen zu ihrer Miueralstoffversorgung in bestimmten Beziehungen. Ist die Salzkonzen- tration im Boden eine größere, so muß der Wasserbedarf steigen, oder die Pflanzenproduktion wird geringer, wenn die Wasserversorgung über ein bestimmtes Maß nicht hinausgehen kann. Nach Charabot und Hebert (5) wirken die Salze des Bodens mit ungleicher Intensität und Nitrate sollen den stärksten Effekt äußern. Mit dem Wasserverbrauche ist die Pflanze, wie Seelhorst (6) für Avena konstatierte, um so öko- nomischer und nützt das gegebene Wasserquantum um so Ijesser aus, je günstiger die Mischung der dargebotenen Bodennährsalze ist. Schließlich bedarf die Tatsache einer Auseinandersetzung, daß die Pflanzen in ver- schiedenem Lebensalter ihre Aschenstoffresorption aus dem Boden in verschiedenem Maße ausüben. Zweifellos wird Bedeutung und Bedarf bei den einzelnen Mineral- nährstoffen in den einzelnen Lebensstadien nicht gleich sein (7). Überdies 1) J. DE Rufz de Lavison, Corapt. rcnd., 151, 675. — 2) Chouchak, Ebenda, 15S, 1907 (1914). — 3) Absorption von Kolloiden durch Wurzeln: Maze, Ebenda, 152, 783; Bodenkolloidwirkungen: E. Coppenrath, Hasenbäumer u. König, Landw. Vers.stat., 46, 401 (1907); E. Ramann, Koll.chem. Beihefte, 2, 285 (1911). Wirkung von festen Adsorbentien in Wasserkulturon : J. F. Breazeale, Botan. Gaz., 41, 54 (1906). Basenretention im Boden: A. D. Hall u. N. H. .1. Miller, Proc. Roy. Soc, B, 77, 1 (1905). SiOg u. AUOs-Aufuahme: A. Gregoire, Ann. Stat. Agron. Gerabloux 1912. — 4) J. Schröd'er, Thaiandter forstl. Jahrl)., 27, 25 (1877). — 5) Charabot u. Hebert, Compt. rend., 136, 160 (1903). — 6) C. v. Seelhorst, Journ. f. Landw., 47, 369 (1902). — 7) Vgl. L. Montemartini, Bull. Soc. Bot. Ital. (1909), p. 162. 31* 484 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. kommt im Jugendstadium noch die Konkurrenz mit den aus den Reserve- stoffbehältern stammenden Mineralstoffen hinzu; Andre (1) fand auch, daß in jungen Wurzeln eine Anhäufung von K und PO4 zutage tritt, die aus den Reservestoffen des Samens stammt. Für Gerste, Weizen, Erbse, Senf untersuchten Wilfarth, Römer und Wimmer (2) die Aschenstoffaufnahme in den einzelnen Vegetations- stadien. Das Maximum derselben wurde zur Zeit der Blüte und des beginnenden Fruchtansatzes gefunden. Bei der Kartoffel trat das Maximum in der letzten Ernte hervor. Die reifende Pflanze gibt wieder Aschenstoffe an den Boden ab, jedoch keine Phosphorsäure. Avena wurde von Seidler und Stutzer (3) in vier Stadien untersucht. Auch hier ergab sich das Maximum in der dritten Vegetationsperiode. Na, Ca, PO4 wurden in einzelnen Fällen nur in geringen Mengen an den Boden wieder zurückgegeben. Die Nährstoffaufnahme der Zuckerrübe im ersten Wachstumsjahr erfordert nach Strohmer(4) gleichfalls viel K und PO4. Bei Allium Cepa konkurrieren die Zwiebeln nacii Andre (5) in der ersten Periode nicht mit der Mineralstoffaufnahme der Luftorgane; PO4 wandert vielmehr in die Luftorgane aus. Später erfolgt Wachsen des Mineral- stoffgehaltes sowohl in der Zwiebel als in den Luftorganen. In der Zwiebel setzt sich diese Zunahme bis zur Blütezeit fort, worauf die An- häufung in den Samen beginnt. An Daucus Carota verfolgte Deleano(6) die einschlägigen Verhältnisse in gründlichen Untersuchungen. Hier äußern sich die Beziehungen zwischen Aschenstoffgehalt der Wurzel und jenem der Luftorgane nur schwach. Im ersten Jahre erfolgt kontinuier- liche Vermehrung der Mineralstoffe, dann Konstanz, die in der Wurzel au'ch später andauert, während die Luftorgane eine Abnahme zeigen. Graphisch wurde der Gang der Aschenstoffaufnahme durch Monnier(7) sowie durch Rabinovitch(8) aufzuzeichnen versucht. Nach dem letzt- genannten Untersucher würde sich die Assimilation der Mineralstoffe bei Rhaphanus sativus in den verschiedenen Stadien durch eine logarithmische Kurve darstellen lassen. Die im Safte enthaltenen löslichen Stoffe erleiden nach Andre (9) bei Helianthus tuberosus, Phytolacca und Daucus während der Entwicklung eine Abnahme. § 3. Die Resorption der einzelnen gelösten Mineralstoffe aus dem Boden. I. Die Alkalimetallsalze. Schon im Beginne der nach der „Diffe- renzmethode" mit Hilfe der Wasserkultur angestellten Experimental- untersuchungen zeigten die Erfahrungen verschiedener Forscher wie Lu- canus, Nobbe, Wolff (1 0) einheitlich, daß die Versuchspflanzen ohne Gegen- 1) G. Andre, Compt. rend., 148, 615(1909). — 2) H. Wilfarth, H. Römer u. G. Wimmer, Landw. Vers.stat., 63, 1 (1906). Nährstoffaufnahme und morpho- logischer Bau der Pflanze: M. Wagner, Ebenda, 69, 161 (1908). — 3) L. Seidler u. A. Stutzer, Journ. Landw., 56, 273 (1908). — 4) F. Strohmer, H. Briem u. 0. Fallada, Österr.-Ung. Ztsch. Zuck. Ind., j6, 207 (1907). — 5) G. Andre, Compt. rend., 150, 713 (1910). Bull. Soc. Chim. (4), 7, 927 (1910).,— 6) N. T. Deleano, Inst. Bot. Univ. Geneve (7), 9 (1907), (8), 2. u. 3. Heft (1908). — 7) A. Monnier, Publ. Univ. Geneve (7), 3; Chodat u. Monnier, Bull. Herb. Boissier, 5, 615 (1905). — 8) D. M. PcABiNOViTCH, Publ. Inst. Bot. Genöve (8), 11 (1914). — 9) G. Andrä, Compt. rend., 18 fevr. 1907. — 10) Lucanus, Landw. Vers.stat., 8, 146 (1866). Wolff, Ebenda, 10, 349 (1868). Nobbe, Ebenda, 13, 399 (1871). Loew, Ebenda, 21, 389 (1878). § 3. Die Resorption der einzelnen gelösten Mineralstoffe aus dem Boden. 485 wart von Kali bald zugrundegingen und daß es ferner nicht möglich war, das Kalium in seinen physiologischen Leistungen durch Salze der nahe ver- wandten Leichtmetalle, besonders durch Na- Salze zu ersetzen. So trat bei Avena in Versuchen von Wolff, in denen die Kaliumgabe durch steigende Mengen von Natron oder Kalk vertreten war, deutlich der Ernteausfall hervor. Immerhin wird bezüglich der Wirkung einer ausgiebigen Natron- salzmenge bei schwacher Kalidarreichung an der Hand neuerer Erfahrungen eine günstige Beeinflussung nicht mehr in Abrede gestellt werden können. So macht nach Pfeiffer (1 ) Natronzufuhr die assimilierte Kalimenge bei Getreide in gesteigertem Maße für die Bildung der Körner verfügbar, wie aus dem Mehrertrage geschlossen wurde. Auch Breazeale (2) sah bei Triticum, daß Mangel an Natron starken Kalibedarf zur Folge hat. Schulze (3) machte an Sinapis ähnliche Erfahrungen, und besonders an der Zuckerrübe tritt es nach mehrfachen Berichten (4) unverkennbar hervor, wie Natronzufuhr kräftigere Entwicklung der Pflanzen ermöglicht. Alle diese Ergebnisse machen es nicht wahrscheinlich, daß Natron das Kali bei seinen Funktionen im lebenden Protoplasma voll ersetzen kann, doch wird vielleicht oft ansehnlicher Aufwand an Kali durch Natronsalze erspart, indem die letzteren Nebenfunktionen und Schutzfunktionen versehen. Daß das Lithium ebensowenig wie das Natrium den Gleichgewichtszustand der Ernährung an Stelle des Kali aufrecht halten kann, erfuhren Nobbe sowie Gaunersdorfer (5). Es können vielmehr bei Lithiumzusatz schon durch kleine Mengen toxische Wirkungen hervortreten. Übrigens ist dies nicht immer gleich; nach Ravenna (6) ist wenigstens für Nicotiana und Kartoffel kaum eine markante Giftwirkung zu beobachten, mehr bei Avena und Phaseolus; ja vielleicht kann bei Nicotiana nach Ravenna Lithium ähnlich wie Natron die Funktionen des Kaliums unterstützen. Rubidium, welches möglicherweise ebenfalls partiell für Kali eintreten kann, erzeugt nach 0. Loew (7) empfindliche Störungen des Pflanzen- wachstums, und noch schädlicher erwies sich Caesium. Für Reis fand Miyake (8) Natron schädlicher als Kali. Über schädliche Wirkungen durch ein Übermaß von Kali bei Wiesengräsern berichtete Stutzer (9). Hier handelt es sich aber stets um hohe Salzkonzentrationen, was auch hinsicht- lich der Erfahrungen von Peligot (1 0) an Phaseolus gilt. Durch eine große Summe von Erfahrungen, die sowohl auf dem Felde als im landwirtschaftlichen Laboratorium gesammelt wurden, ist die günstige Wirkung einer gesteigerten Zufuhr von Kalisalzen auf den Ernteertrag 1) Th. Pfeiffer, Einecke u. Hieper, Mitteil, landw. Inst. Breslau, j, 667 (1906). — 2) J. E. Breazeale, Soc. Amer. Chem. Journ., 28, 1013 (1906). Vgl. auch B. L. Hartwell u. F. R. Pember, Rep. Rhode Is nd Agr. Ex. Sta. (1908), p. 243. — 3) B. Schulze, Landw. Vers.stat., 79I80, 431 (1913). — 4) J. Urban, Ztsch. Zuck.Ind. Böhm., jo, 397 (1906); Krüger, Ztsch. Vereins Dtsch. Zuck. Ind. (1914), p. 694. F. Strohmer, F. H. Briem u. 0. Fallada, Östcrr.-Ung. Ztsch. Zuck.Ind. (1908), Heft 6. Bei steigendem Ersatz von K durch Na sinkt jedoch der Zuckergehalt der Rübe: K. Andrlik u. Urban, Ztsch. Zuck.Ind. Böhm., 32, 208 (1908). Über die gegenseitige Abhängigk. der Resorption von K u. Na bei Zucker- rübe: Stoklasa, Biochem. Ztsch., 73, 260 (1916). — Ferner Mitscherlich, Landw. Jahrb., 51, 473 (1918). — 5) Nobbe, 1. c. Gaunersdorfer, Landw. Vers.stat., 34, IIb (1887). — 6) C. Ravenna u. M. Zamorani, Acc. Line. Rom. (5), 18, II, 626 (1909); 21, II, 292 (1912). Lithium im Tierorganisraus: E. Herrmann, Pflüg. Arch,, log, 26 (1905); Wirkung von Li auf Muskelfasern: C. Sp. Milliken u. P. G. Stiles, Amer. Journ. Physiol., 14, 359 (1905). — 7) 0. Loew, Landw. Vers.stat., 21, 389 (1878). — 8) K. Miyake, Trans. Sapporo Nat. Hist. Soc, 5. 91 (1914). — 9) A. Stutzer, Landw. Vers.stat., 65, 264 (1906). — 10) E. Peligot, Ann. Chim. et Phys. (4), jo, 218 (1873). 486 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. violer Kulturpflanzen unter verschiedenen Vegetationsbedingungen außer Frage gestellt. An der Zuckerrübe beobachteten Pagnoul, Kohlrausch und Strohmer, Ebermann u. a. (1) günstige Wirkung von Kalizufuhr, doch wurde nach umfassenden Zusammenstellungen von Maercker (2) nur in der kleineren Zahl der ausgeführten Versuche durch Kalisalze Er- tragssteigerung an Zucker erzeugt, häufig hingegen eine Verminderung des Zuckerreichtums. Dankbar für Kalidüngung fand Maercker Avena, Hordeum, Zea, Linum, Pisum, Lupinus, Trifolium, Seeale, Kartoffel, Futter- rübe und Wiesengräser. Wilfarth und Wimmer (3) studierten die Wirkung der Kalidarreichung für Kartoffel, Tabak, Fagopyrum, Sinapis, Cichorium und Avena in Versuchen nach der Sandkulturmethode von HELLRiEGfeL. Andoynaud (4) fand günstige Wirkungen beim Weinstock. Über Kartoffel ist die Untersuchung von Pfeiffer (5), über Gerste jene von Stoklasa und Pitra (6) zu vergleichen. Blanck (7) prüfte die Verhältnisse der Kali- darreichung näher bei Nicotiana, Aso (8) untersuchte den Wert verschiedener Kaliverbindungen bei Gerste und Reis; Namikawa (9) fand den Knollen- ertrag auch bei Colocasia antiquorum durch Kalidüngung gesteigert. Als Kalidünger kommen derzeit vor allem die Mineralien der Staß- furter Abraumsalze in Betracht: Kainit, Carnallit, Polyhalit u. a. Die chlorhaltigen Kalidünger wurden früher weniger verwendet, kommen aber jetzt mehr in Aufnahme. Versuche von Lemmermann (1 0) zeigten die Staßfurter Kalisalze anderen Kalidüngemitteln, wie feingemahlenem Phono- Hth, Leucit weit überlegen. Namentlich im Vereine mit Phosphatdüngung entfalten Kalisalze eine erhebliche Wirkung auf den Ernteertrag. Am frühesten wurden Erfolge auf Moorboden erzielt, für welchen Kalidüngung außerordentliche Bedeutung besitzt. Nach dem bahnbrechenden Vorgehen von ScHULZ-LuPiTZ (11) wurde aber auch der Vorteil von Kahzufuhr auf leichtem Sandboden bei Lupinenkultur allgemein anerkannt. Auch auf die Versuche von Berthelot und Andre (12) mit Darreichung verschie- dener Kalisalze an Amarantus caudatus sei verwiesen. In Vegetationsversuchen mit verschiedenen kalihaltigen Mineralien fand Prianischnikow (13) alle Mineralien der Feldspatgruppe als Kali- dünger für Pflanzen sehr wenig geeignet. Nach Blanck (14) ist Glimmer unter allen Verhältnissen besser geeignet als Feldspat, sowohl Biotit als Muscovit. Von Biotit erwies sich etwa ^/g des Kaligehaltes als ausnutzbar. 1) Pagnoul, Compt. rend., 8o, 1010 (1876); 0. Kohlrausch u. Strohmer, Biedermanns Zentr. (1876), p. .69; E. Ebermann, Ebenda (1877), p. 69. — 2) C. Maercker, Die Kalisalze und ihre Anwendung. Berlin 1880; 2. Bericht 1891. — 3) H. Wilfarth u. G. Wimmer, Arbeit. Dtsch. landw. Ges., 68, 1 (1902). — 4) A. Andoynaud, Biedermanns Zentr. (1878), p. 261. — 5) Th. Pfeiffer, Landw. Vers.stat., 34, 379 (1900); Sjollema, Journ. Landw., 47, 305 (1899). — 6) J. Sto- KLASA u. Pitra, Ztsch. landw. Vers.wes. Österr. (1901), p. 667. L. Schul, Landw. Jahrb., 45, 646 (1913). — 7) E. Blancr, Landw. Vers.stat., 64, 243 (1906). Über Kalidüngung ferner: Seelhorst, Journ. Landw., 63, 345 (1916); Faack, Mitteil, landw. Lehrk. Hochschule f. Bodenkultur Wien, I, 443 (1913). — 8) K. Aso, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 7, 67 (1906). Für Gerste auch A. CserhAti, Österr. Ung. Ztsch. Zuck. Ind. u. Landw., 35, 676 (1907). — 9) S. Namikawa, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 7, 73 (1906). — 10) Lemmermann, Internat. Agrartechn. Rdsch., 4, Heft 10 (1913). Seelkorst u. Voigt, Journ. f. Landw., 64, 31 (1916). Mitscherlich, Landw. Jahrb. 53, 501 (1919). — 11) Schulz-Lupitz, Kalidüngung auf leichtem Boden. Berlin 1890, 4. Aufl. Moorboden: Werth, Mitteil. Verein Ford. Moorkultur, 36, 305 (1919). — 12) Berthelot u. Andre, Compt. rend., 106, 801, 902 (1888). — 13) D. Pria- nischnikow, Landw. Vers.stat., 77, 399 (1912). Briggs u. Breazeale, Journ. Agr. Res., 8, 21 (1917). — 14) E. Blanck, Journ. Landw., 60, 97 (1912); 61, 1 (1913). § 3. Die Resorption der einzelnen gelösten Mineralstoffe aus dem Boden. 487 Im Boden ist nach den Untersuchungen von Berthelot und Andre (1) und von Schloesing (2) sehr viel ungelöstes Kali, aber nur sehr wenig in der Bodenflüssigkeit gelöstes Kali enthalten. 3—4 Millionen Kilogramm Ackererde, die etwa der Erde von 1 ha Ackerland entsprechen, enthalten 3—4000 kg ungelöstes Kali und nur 1—5 kg gelöstes KaU. Das unlösliche Kali ist vielleicht hauptsächlich als anorganische Verbindung zugegen, da sich der lösliche Anteil nach dem Glühen der Erde nicht sehr vermehrt. Ein Teil ist in organischen Bodensubstanzen adsorbiert und chemisch ge- bunden zugegen. Wie Schloesing zeigte, entnehmen die Pflanzen ihr Kali dem gelösten Anteil. In Quarzsand kultivierte Gewächse vermögen ihren ganzen Kalibedarf höchst verdünnten Lösungen (1,2—7,5 mg KgO pro Liter) zu entnehmen, mit welchen der Sand befeuchtet wird. Im natürlichen Boden wird der entzogene Kalianteil dementsprechend leicht aus dem un- löslichen Kalivorrat wieder ersetzt (3). Nach Schreiner und Skinner (4) hemmt Cumarinzusatz zum Boden bei Weizenkeimlingen die Aufnahme von Kali und Nitrat, Zusatz von Chinon besonders die Aufnahme von PO4 und Nitrat; die Ursachen sind unbekannt. In der Pflanze findet sich das Kali nach Berthelot und Andre (5) zum größten Teil in Verbindungen, die in Wasser leicht löslich sind; ein weiterer Teil davon ist nur in HCl löslich, ein kleiner Teil noch fester ge- bunden. In 1 kg trockenen Materiales von Mercurialis annua enthielt die Asche 27,87 g KgO; im wässerigen Auszuge der trockenen Pflanze fanden sich hiervon 18,92 g, im HCl-Extrakte 24,58 g Kali. Bei Festuca aber fand Berthelot (6) 72,2% „unlösliches Alkali" gegen 27,8% lösliches. Die Erscheinungen des Kalimangels bei Pflanzen haben in neuerer Zeit die Untersuchungen von Lüpke (7) näher dargestellt. Sodann haben WiLFARTH und Wimmer (8) diese Erkrankung für verschiedene Kultur- pflanzen gut geschildert und abgebildet. Es sind dies Symptome, welche bei verschiedenen anderen pathologischen Zuständen ebenfalls auftreten können und die wenig charakteristisch sind. Bei Rüben ist die Lamina am Rande und zwischen den Nerven gelblich, dann braun verfärbt, zuletzt weiß werdend, und krümmt sich stark konvex. Nerven und Blattstiel bleiben grün. Ähn- lich ist es auch bei anderen Gewächsen. Bei Tabak, Kartoffel, Senf bleiben die Blätter lange Zeit grün, erhalten später gelbliche Flecke und die Blätter werden braun oder grünlichweiß. Nach Kossowitsch (9) beruht die Klee- müdigkeit des Bodens nicht nur auf Mangel an leicht assimilierbarer PO4, sondern auch auf Kalimangel. 1) Berthelot u. Andre, Compt. rend., 105, 833 (1887); 141, 1182 (1905). - 2) Th. Schloesing f. Ebenda, 130, 422 (1900); 137, 1206 (1903). 0. Schreiner u. G. H. Failyer, Journ. physic. Chem., 10, 239, 361 (1906). — 3) Kaliaufnahme aus dem Boden: W. Krüger, Ztsch. Verein Dtsch. Zuck. Ind. (1908), p. 739; G. Wimmer, Wilfarth u. Krüger, Arb. Dtsch. landw. Ges., Heft 143, p. 169 (1908). — Kalibestimmung im Boden: L. Ronnet, Ann. Chim. anal, appl., 13, 141 (1908); P. DE Sornay, Bull. Assoc. Chim. Sucr., 26, 976 (1909). 0. M. Shedd. Journ. Ind. Eng. Chem., i, 302 (1909); Bieler-Chatelan, Compt. rend., 150, 716 (1910). — 4) 0. Schreiner u. J. Skinner, U. S. Dept. Agr. Bull., Nr. 77. Bur. of Soils (1911). — 5) Berthelot u. Andre, Compt. rend., 105, 911 (1887). — 6) Berthelot, Ebenda, 141, 793 (1905); Ann. Chim. et Phys. (8), 8, 1 (1906). — 7) R. Lüpke, Landw. Jahrb., /;, 887 (1888). — 8) Wilfarth u. Wimmer, Ztsch. Pflanzenkrankh., 13, 82 (1903). Journ. Landw. (1903), p. 129. Wimmer, Chem.- Ztg., 35, 1256 (1912). Nährstoffmangel-Erscheinungen unserer Kulturpflanzen, herausgeg. vom Kalisyndikat Berlin 1914. — 9) P. Kossowitsch, Russ. Journ. exp. Landw., 6, 567 (1905). Kalimangel bei Phaseolus: v. Seelhorst, Ztsch. Pflanzen- krankh., 16, 2 (1906). 488 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. Nach Reed(1) erleidet die Stärkebildung in den Chloroplasten und die Karyokinese Störungen bei Eintritt von Kalimangel. Doch fand Ecken- brecher (2) keinen direkten Einfluß von Kalidüngung auf die Stärke- bildung bei Kartoffeln. Ein Urteil über bestimmte Funktionen des K'-Ions oder von Kalium- verbindungen für den Pflanzenorganismus können wir aber aus alledem nicht schöpfen, und Erörterungen wie jene von MittElstaedt (3) über einen Zusammenhang der Kaliwirkung mit der Kohlensäureassimilation, Ideen, welche Stoklasa (4) später wieder aufgegriffen hat, oder Keegans An- schauungen (5) über eine angebliche das Protoplasma vor Dehydrierung schützende Rolle des Kaliums sind ohne sichere Grundlage. Weevers betonte die Bedeutung des Kali für die Eiweißsynthese (6). Nach Wee- vers (7) ist das Kalium besonders in den Plasma Vakuolen lokalisiert. In der Tierphysiologie sind Anhaltspunkte für eine spezifische Wirkung der K"-Ionen auf die Muskelkontraktion gewonnen, worauf die Wirksamkeit der RiNGERschen Lösung für die Tätigkeit des überlebenden Herzens be- ruht (8). Über Beziehungen zwischen Plasmakontraktilität und Kali- wirkung bei Pflanzen ist bisher nichts bekannt. Natron ist, wie die Bodenanalysen lehren, wenigstens in kleineren Quantitäten ein ubiquitär vorkommender Stoff. Angesichts dieser Tat- sache ist es verständlich, daß Natron auch in Pflanzen meist in analytisch bestimmbarer Menge vorkommt. Contejean (9) fand in mehr als drei Viertel aller untersuchten Landpflanzen Natron ; in den übrigen Fällen mögen sich wenigstens Spuren von Natron finden. Es gelingt aber nach Deherain(IO) Pflanzen in künstlicher Kultur völlig natronfrei zu erhalten (Kartoffel, Phaseolus), ohne daß ihrem Gedeihen irgend ein Eintrag geschehen würde. Demnach scheinen die Na -Ionen dem Stoffwechseigetriebe im ganzen in- different gegenüber zu stehen. Auch Versuche mit absichtlich vermehrter Na- Darreichung üben anscheinend keinen Effekt aus, solange die Lösungen nicht zu starke osmotische Wirkungen ausüben. Die von Charabot(II) angegebene ,, beschleunigende Wirkung von NaNQg auf die Vegetation" kann auch auf der gleichzeitigen Stickstoff zufuhr beruhen. Breazeale (12) gibt an, daß Natriummangel stärkeren Kalibedarf zur Folge hat. Wahr- scheinlich liegen diesen Beobachtungen Effekte zugrunde, welche mit dem ,, physiologischen lonengleichgewicht" in Beziehung stehen (vgl. p. 480) (13). 1) H. S. Reed, Ann. of Bot., 21, 601 (1907). — 2) v. Eckenbrecher u. HoFFMApiN, Ztsch. Spirit.Ind., Erg.heft 1914, p. 60. — 3) 0. Mittelstaedt, Chem. Zentr. (1896), 11, 632. — 4) J. Stoklasa, Beiträge z. Kenntnis d. Ernährung der Zuckerrübe. Physiolog. Bedeutung des Kalium-Ions im Organismus d. Zuckerrübe. Jena 1916. — Biochem. Ztsch., 73, 107 (1916) [im Hinblick auf Eiweiß-Synthesel; ebenda 82, 310 (1917). Österr.-Ung. Ztsch. Zuck.Ind., 44, 504 (1916). — 5) P. Q. Keegan, Chem. News, 106, 181 (1912). — 6) Weevers, Biochem. Ztsch., 78, 354 (1917); 89, 281 (1918). Die Bedeutung des K für tierische Entwicklung: J. Loeb, Journ. Biol. Chem., 23, 431 (1916). — 7) Th. Weevers, Rec. trav. bot. N6erland., 5, 289 (1911). — Verteüung von K und Na in tierischen Geweben: F. J. Gerard, Bull. Sei. Pharm., 19, 266 (1912). — 8) Vgl. z. B. Höber, Biochem. Zentr., i, Nr. 13 (1903). Bedeutsam ist der Befund, daß ein in K-freier Ringer-Lösung -zum Stillstand gebrachtes Froschherz durch Bestrahlung mit Polonium wieder zum Schlagen gebracht werden kann: H. Zwaardemaker, Pflüg. Arch., 173, 28 (1918); •Arch. Neerland. Physiol., 1918, p. 500. Vgl. auch Voormolen, Naturwiss. 1919, p. 896. — 9) Ch. Contejean, Compt. rend., 86, 1151 (1878). Auch G. Bunge, Lieb. Ann., 172, 16 (1874). — 10) P. Deherain, Ann. Sei. Nat. (6), 6, 340 (1878). — 11) Charabot u. Hebert, Compt. rend., 134, 1228 (1902). — 12) Breazeale, Journ. Amer. Chem. Soc, 28, 1013 (1906). Journ. Agr. Res., 7, 407 (1916). — 13) Über „Kochsalzdüngung" vgl. Blanck, Fühlings landw. Ztg., 65, 441 (1916). B. Schulze, Landw. Vers.stat., 86, 323 (1916). Faack, Mitteil, landw. Lehrk. § 3. Die Resorption der einzelnen gelösten Mineralstoffe aus dem Boden. 489 Nach Lesage (1) vertragen Pisum sativum und Linum grandiflorum noch eine Chlornatriumlösung von 5 g im Liter, ohne Schaden zu nehmen. Hin- gegen sind die auf salzhaltigem Boden lebenden Pflanzen, worunter be- sonders die Flora des Seestrandes zu erwähnen ist, entschieden auf höheren Salzgehalt des Bodens gestimmt. Salicornien wachsen am besten bei 2—3% NaCl (2). Lesage sah Lepidium sativum noch durch 2i4%ige NaCl- Lösung im Gedeihen nicht gehindert. Damit stimmen die von Ricome(3) erzielten Ergebnisse überein. Strukturänderungen scheint reichlichere NaCl-Darreichung bei Nicht- Halophyten nach Dassonville (4) nur in unbedeutendem Grade in den Geweben hervorzurufen. Daß man typische Halophyten, wie Salsolaarten, auf Na-armem Binnenlandboden kultivieren kann, wurde schon 1818 durch Cadet de Gassincourt (5), später durch Wiegmann und Polstorff bewiesen, bei Psamma arenaria in sehr genauen Versuchen auch durch Weigelt (6) ; doch erfuhr Batalin (7), dem wir die ausführhchsten Untersuchungen über dieses Thema verdanken, daß die Kultur der Halophyten manche Schwierig- keit hat. Es gelingt aber sicher ohne Chlornatriumdarreichung in gewöhn- licher Erde Salicornia herbacea zu normaler Entwicklung und Fruchtbildung zu bringen. Die Pflanzen haben dann nicht das succulente, glasige Aussehen der Seestrandexemplare, sondern sind dunkelgrün, undurchsichtig, dünner und zeigen auch mancherlei anatomische Differenzen. Will man normale Salicornien in Kochsalzkultur erhalten, so ist es vorteilhaft, etwas Magnesium- salz darzureichen. Hier entfaltet also das Na. sicher Bildungsreizwirkung, welche durch isosmotische Lösungen anderer Salze nicht erzeugt wird. Sonst ist jedoch bisher kein sicherer Fall spezifischer Natronwirkung bei Pflanzen bekannt. Daß das Na-Ion Wirkungen auf das Protoplasma entfaltet, geht aus den schönen Untersuchungen von Overton (8) über die Erhaltung der Erregbarkeit der Muskeln durch Na- Ionen hervor. Li- Ionen können an Stelle von Na-Ionen mit demselben Erfolge treten. Kali hat hingegen diese Wir- kung ebensowenig wie Rh und Cs. Lithium läßt sich in spektroskopisch nachweisbaren Spuren sehr häufig in Pflanzen auffinden, wie besonders Focke, Tschermak und Hein (9) gezeigt haben. Als besonders stark Li-haltig werden Arten von Carduus, Cirsium, Cnicus angeführt, viele Solanaceen, sodann Ranunculaceen, von. letzteren besonders Thalictrumarten und Adonis aestivalis. Daß schon sehr kleine Dosen von Li-Ionen schädliche Wirkungen haben können, geht aus Wasserkulturversuchen von Nobbe (1 0) und von Gaunersdorfer (1 1 ) hervor. Nach den Befunden von Hein ist aber selbst bei lithionreichen Pflanzen, wie Thalictrum, der Li- Gehalt keine regelmäßige Erscheinung. Hochschule f. Bodenkult. Wien, I, -143 (1913). Headley, Cuetis u. Scofielo, Joum. Agr. Res., 6, 857 (1916). 1) P. Lesage, Rev. g6n. Bot., 2, 55 (1890). — 2) Halket, Ann. of Bot., 29, 143 (1915). Über Salzpflanzen auch Kolkwitz, Ber. bot. Ges., 35, 618 (1917); 36, 636 (1918); 37, 343 (1919). Moore, Ann. Missouri Bot .Gard., 4, 293 (1917). — 3) H. RicoME, Compt. rend., 13. juill. 1913. — 4) Ch. Dassonville, Ebenda, 125, 794, 856 (1898). Wirkung von Salzlösungen auf Kulturpflanzen: Steglich, Ztsch. Pfl.krankh., 11, 31. — 5) Cadet de Gassincourt, Journ. de Pharm. (1818), p. 38J. Wieg MANN u. Polstorff, 1. c. (1842), p. 42. — 6) Weigelt, Ber. sächs. Ges., 21, 19 (1869). — 7) A. Batalin, Rogels Gartenflora, 25, 136 (1876); Bot. Zentr., 21, Nr. 8 (1885); 27, 92 (1886). — 8) E. Overton, Pflüg. Arch., 92, 346 (1902); 105, 179 (1904). — 9) Focke, Bot. Ztg. (1873), p. 94. Just (1873), p. 291. Verhandl. naturwiss. Ver. Bremen, 5, 451 (1876); E. Tschermak, Ztsch. landw. Vers.wes. Osten., 2, 260 (1899); Hein, Just (1899), II, 185. Lithium in Böden: Steinkoenig, Journ. Ind. Eng. Chem., 7, 425 (1915). — 10) Nobbe, Landw. Vers.stat., 13, 399 (1870). — 11) Gaunersdorfer, Ebenda, 34, 175 (1887). 490 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. Auch Spuren von Rubidium und Caesium wurden als natürlich vor- kommende Pflanzenbestandteile sichergestellt. Das letztere wies v. Lipp- mann (1) spektroskopisch in der Asche der Blätter und Wurzeln der Zucker- rübe nach. Der Reichtum an Alkalimetallsalzen ist in manchen Bodenarten sehr groß [,, Alkaliböden" (2)] und dort, wo leichtlösliche Alkalisalze in großer Menge vorkommen und bei trockenem Wetter als Auswitterung den Boden bedecken, wie in der Aral-kaspischen Niederung, in Turkestan, in Colorado, sehen wir eine typische halophytische Vegetation auftreten (3). Neben NaCl bedingt auch das Vorkommen von Magnesiumsalzen und Natrium- carbonat die Nichteignung solcher Böden für viele andere Pflanzen. Die Toleranz verschiedener Pflanzen gegen die Salze von Alkaliböden haben Kearney und Harter (4) untersucht. CaS04 im Überschuß verminderte sehr die Giftigkeit der Mg- und Na-Salze. Mg war am meisten, Na.^COj am wenigsten wirksam. Hinzuweisen wäre auf die Angaben von Miyake (5) hinsichtlich des Einflusses der Salze von Alkaliböden auf das Wachstum der Reispflanze. Es wäre theoretisch nicht unmöglich, daß durch ungleichen Verbrauch der Ionen von Alkalisalzen sich die H"-Ionenkonzentration der Lösung ändert. So erklärt sich vielleicht die ältere Beobachtung von Knop (6) über das Auftreten alkalischer Reaktion in nitrathaltiger Nährlösung durch einen reichlicheren Verbrauch der NO 3'- Ionen und Zurückbleiben der Metall- kationen. Jedoch ist diese Beobachtung in neuerer Zeit nicht wiederholt worden. Die von HoF (7) empfohlene „Reaktion auf Alkali" mit Hilfe einer ätherischen Lösung der Farbsäure von Tetrajodfluorescein, welche rot- gefärbte Ionen bei der Salzbildung liefert, ist zu dem angegebenen Zwecke nicht ausreichend. Rawitz(8) empfahl zu dem gleichen Behuf e Azosäure- blau B Höchst mit Oxalsäure und Brechweinstein gekocht. H. Magnesia und Kalk. Vor Anwendung der Wasser kulturmethode hatten verschiedene Beobachter, wie Fürst Salm-Horstmar und Vogel (9) zwar für verschiedene Fälle die Nützlichkeit der Mg- Darreichung erkannt, doch noch nicht so klar die Unentbehrlichkeit des Mg erwiesen, wie es später allen Forschern gelang, welche sich der Wasserkulturmethode bedienten. Heute wissen wir, daß Mg- Verbindungen wohl keinem Protoplasten fehlen. Durch geeignete Reaktionen kann man sehr häufig in frischen Gewebeschnitten Mg- Salze nachweisen (10). Sestini (11) meinte Anhaltspunkte dafür zu be- 1) v. Lippmann, Ber. ehem. Ges., 21, 3492 (1888). — 2) Vgl. P. Kosso- wiTSCH, Die Alkaliböden, Russ. Journ. exp. Landw., 4, 43 (1903). J. B. Davy, Agr. Ex. Sta. Univ. of California (1898); F. W. Traphagen u. W. M. Cobleigh, Journ. Amer. Chem. Soc, 21, 753 (1899). F. K. Cameron u. H. E. Patten, Journ. Amer. Chem. Soc, 28, 1639 (1906). Cameron, Bell u. Robinson, Journ. physical. ehem., II, 396 (1907). de Dominicis, Staz. Sper. Agr. Ital., 57, 103 (1918). — 3) Vgl. die von Mac Dougal, The Plant World, 6, 249 (1903) gegebenen instruk- tiven Vegetationsansichten aus dem Carnegie-Institution-Laboratorium zu Tucson, Arizona. Ferner: B. Keller (1914), ref. Bot. Zentr., 131, 429. — 4) T. H. Kearney u. L. Hapter, Bull. 113. Bur. Plant. Industr. U. S. Dept. Agr. (1907). „Welkungs- koeffizient" bei Pflanzen auf Alkaliböden: Kearney, Bur. Plant. Ind., Circ. log, 17 (1914). — 5) K. Miyake, Journ. Biol. Chem., 16, 235 (1913); Journ. Coli. Agr. Un. Sapporo, 5, Pt. 8 (1914). — 6) W. Knop, Landw. Vers.stat., 3, 296 (1861); 4, 137 (1862). Auch Stohmann, Lieb. Ann., 121, 285 (1862). — 7) A. C. Hof, Bot. Zentr., 83, 273 (1900); Biochem. Journ., 4, 176 (1909). — 8) B. Rawitz, Ztsch. wiss. Mikr., 26, 352 (1910). — 9) A. Vogel jun.. Lieb. Ann., 78, 195 (1851). — 10) Vgl. 0. Richter, Sitz.ber. Wien. Ak., iii, I, 171 (1902). — 11) F. Sestini, Staz. Sper. Agr. Ital., 15, 290 (1888); 20, 256 (1891); Studi nel laborat. chira. agr. Pisa (1893), p. 10. Chem. Zentr. (1888), II, 1622. § 3. Die Resorption der einzelnen gelösten Mineralstoffe aus dem Boden. 491 sitzen, daß das Beryllium (welches übrigens in der Asche von Pflanzen von Beryll- und Turmalinböden der Insel Elba in kleiner Menge vorkommend gefunden wurde) das Mg in seinen Wirkungen ersetzen könne, mindestens während der Ausbildung der Vegetationsorgane. Doch hat sich in den Untersuchungen von Benecke (1) diese Ansicht als unhaltbar heraus- gestellt, und die Wirkung der Mg-Ionen ließ sich bisher durch keine andere Substanz auch nur annähernd erreichen. Da Magnesium im Chlorophyll- farbstoff vorkommt, so ist es für die Tätigkeit der Chloroplasten unentbehr- lich. Reed (2) sah kein Öl in den Chlorophyllkörnern von Vaucheria bei Mg-Entziehung auftreten. Für Keimlinge von Abutilon fand Burling- HAM (3) das Maximum der noch ohne Schaden vertragenen Verdünnung von Mg-Salzen in (Jer Nährlösung bei m/32768 bis m/131072. Hemmung des Wachstums trat erst bei relativ sehr großer Menge Mg ein. Düngung des Ackerbodens, besonders mit löslichen Mg-Salzen soll bei überkalkten Böden günstig wirken (4). Bei der Zuckerrübe erzielte Strohmer (5) keine Vor- teile durch Mg-Düngung. Bei relativ zu großem Mg- Reichtum fand War- THIADI (6) Verminderung der Wurzelhaarbildung und Deformationen, ferner hob H ANSTEEN (7) hervor, daß Mg ein stärkeres Wurzelgift sei als Na und K. Die Notwendigkeit der Kalkzufuhr für Pflanzen mit künstlichem mineralischen Nährboden konnte schon den älteren Beobachtern nicht entgehen, da dieselbe für zahlreiche Fälle leicht festzustellen ist. Später erwarb sich besonders Boehm (8) Verdienste um das Studium der Erschei- nungen des Kalkhungers, welche an Bohnenkeimlingen frühzeitig und sehr prägnant hervortreten. Früher war öfters die Ansicht geäußert worden, daß Kalk und Magnesia einander vertreten können, und noch bei Mohl findet sich diese Anschauung, die erst durch die Wasserkulturversuche bestimmt widerlegt werden konnte, wiedergegeben. Als Wolff (9) bei Haferkulturen den Kalk in steigendem Verhältnis durch Magnesia ersetzte, fand er folgende Ernteergebnisse: V4 des Kalkes ersetzt durch MgO: 37,873 g Stroh; 16,555 g Körner V2 „ „ „ „ „ : 42,419 g „ ; 22,658 g „ V4 „ M „ „ „ : 29,P63 g „ ; 15,201 g „ Vs „ „ „ „ „ : 25,185 g „ ; 10,186 g „ Dabei spielt das in neuerer Zeit viel beachtete physiologische Gleich- gewicht zwischen Ca und Mg eine bedeutende Rolle. Zuerst beobachteten wohl Raumer und Kellermann (10), daß Pflanzen ohne Ca und ohne Mg nicht so rasch zugrunde gehen, als wenn die Nährlösung zwar Mg aber kein Ca enthält. Sowohl Boehm als später Liebenberg (11) und Raumer fanden große Störungen im Stofftransport bei Kalkhunger. Es ist deshalb eine 1) W. Benecke, Jahrb. wiss. Bot., 28, 519 (1895). Ber. bot. Ges., Gen.- Vers.-Heft, p. 112 (1894). — 2) H. S. Reed, Ann. of Bot., 21, 601 (1907). — 3) G. S. BuRLiNGHAM, Journ. Amer. Chem. Soc, 29, 1095 (1907). — 4) G. Daiku- HARA, Bull. Imp. Centr. Agr. Ex. Sta. Japan, z, 81, 87, 135 (1907). F. Nakamura, Ebenda, p. 1 (1906). — 5) F. Strohmer u. 0. Fallada, Österr.-Ung. Ztsch. Zuck.Ind., 42, Heft 2 (1913). Vgl. auch Stutzer, Ist Mg ein wichtiger Düugcstoff? Berlin 1917. — 6) D. Warthiadi, Dissert. München 1911. Schädlichkeit von MgCO, auf Wurzeln: Coupin, Compt. rend., 166, 1006 (1918). — 7) B. Hansteen, Jahrb. wiss. Bot., 47, 289 (1910). — 8) J. Boehm, Sitz.ber. Wien. Ak., 71, 287 (1875). Landw. Vers.stat, (1877), p. 51. — 9) Wolff, Landw. Vers.stat., 10, 349 (1868). Bestimmung des Kalkbedarfes im Boden: Ghristensen, Zentr. Bakt., II, 49, 558. — 10) E. v. Raumer u. Ch. Kellermann, Landw. Vers.stat. 25, 25 (1880). Raumer, Ebenda, 29, 253 (1883). — 11) v. Liebenberg, Sitz.ber. Wien. Ak., 84, I (1881). 492 Siebenundfünf zigstes Kapitel: Der Mineralstoff Wechsel der Wurzeln. vielfach geäußerte Meinung, daß die Funktionen des Kalkes mit dem Umsatz der Kohlehydrate im Zusammenhang stehen. Wenn Gräfe und Port- heim (1) fanden, daß die Symptome des Kalkhungers durch Darreichung von Zucker, besonders Fruktose, gemildert werden, so läßt dies aber noch immer keinen bestimmten Schluß in dieser Richtung zu. Die Atmung von Bohnenkeimlingen ist im Zustande des Kalkmangels gegenüber der Norm vermindert (2). Deherain (3) hatte angegeben, daß höhere Temperaturen die Erscheinungen des Kalkhungers bei Keimlingen bis zu einem bestimmten Grade nicht zum Vorschein kommen lassen. Jedoch konnte Portheim (4) nicht zu demselben Resultate gelangen. Der letzterwähnte Autor (5) hat den Krankheitsverlauf bei Phaseolus sehr eingehend geschildert: Bräunung der Wurzeln, Aufhören des Wachstums derselben, braune Färbung der Gefäße, Austritt von Flüssigkeitstropfen am Hypocotyl sind stets wieder- kehrende Symptome. Die wichtige Rolle des Kalkes geht auch aus den Ergebnissen der Arbeiten von Schimper, Hilgard, Heiden und Clark hervor (6). Nach Reed (7) ist Kalk für Aktivität und Wachstum der Chloro- plasten wichtig und die Mitose findet ohne Kalk nur unvollkommen statt. Kalk und Magnesiadarreichung müssen in einem bestimmten Verhältnis stehen. Die Wachstumsbegünstigung durch Kalk bei Keimlingen von Pisum und Lupinus hebt auch Robert (8) hervor. Warthiadi (9) betonte das Absterben der Knospen und die Wirkung auf die Zellkerne bei Kalk- mangel; aber bei großem Kalküberschuß ist die Behaarung der Wurzel viel besser als bei zu großem Magnesiaüberschuß. Diesbezüglich hat auch Hansteen(IO) Beobachtungen angestellt. Unger(II) fand, daß bei Oenotherakeimlingen infolge des Kalkmangels in den Wurzeln Rhaphiden- bildung ausbleibt. Auf Kalkmangel führte Wieler (12) auch die Schädigung der Pflanzen durch Hüttenrauch teilweise zurück und sah günstige Wirkung von Kalkung des Bodens. Besonders erwähnt sei die Chlorose, welche bei Kulturpflanzen, die sauren Boden gewöhnt sind [Maze (13)] und bei Kiesel- pflanzen auf Kalkboden eintreten kann. Büsgen (14) beschrieb diese Er- scheinung von Cytisus scoparius und Digitalis purpurea. Nach Maze würde hierbei ein Unlöslichwerden des Eisens durch das Calciumcarbonat und eine ungenügende aufschließende Tätigkeit der Wurzeln solcher Pflanzen als Hauptursache zu nennen sein (15). 1) V. Gräfe u. L. v. Portheim, Sitz.ber. Wien. Ak., 115, I, 1003 (1906). Osterr. bot, Ztsch. (1906), p. 363. — 2) L. v. Pobtheim u. M. Samec, Wiesner- Festschr., Wien 1908, p. 113. — 3) Deherain, EncyclopM. Chim., 10 (1885). — 4) L. V. Portheim, Sitz.ber. Wien. Ak., iio, i, 115 (1901). — 5) L. v. Portheim, 1. c. Portheim u. Samec, Flora, 99, 260 (1909). — 6) Schimper, Ebenda, 1890; E. W. Hilgard, Forschg. Agr. Phys., 10, 185 (1887). Hornberger, Landw. Jahrb., II (1882); E. Heiden, Chem. Zentr. (1888), II, 1439; J. Clark, Rep. Meet. Brit. Assoc. Nottingham (1893), p. 818. — 7) H. S. Reed, Ann. of Bot., 21, 601 (1907). Allgemeines über die Bedeutung des Ca bei Heinze, Landw. Mitteil. Prov. Sachs. 1912, p. 181. Naturwiss., 3, 536 (1915). Ca für Permeabilitcät und Reizbarkeit: J. LoEB, Journ. Biol. Chem., 23, 423 (1915); Höber, Pflüg. Arch., 166, 531 (1917); Tierische Ernährung: Osborne u. Mendel, Journ. Biol. Chem., 34, 131 (1918); 0. LoEW, Naturw. Ztsch. Land- u. Forstwirtsch., 16, Heft 9/10 (1918). F. Hofmeister, Ergebn. d. Physiol., 16, 1 (1918). Honcamp u. Dräger, Landw. Vers.stat., 93, 121 (1919). — 8) Miie C. Robert, Compt. rend., 156, 915 (1913). — 9) D. Warthiadi, Dissert. München 1911. — 10) B. Hansteen, Jahrb. wiss. Bot., 47, 289 (1910). — 11) W. Unger, Arch. Pharm., 252, 190 (1914) Zur Biologie des Ca und Ca-Oxalats bes.: Stahl, Flora, 113, 1 (1919). - 12) A. Wieler, Pflanzenwachstum u. Kalk- mangel im Boden. Berlin 1912. — 13) P. Maze, Ruot u. Lemoigne, Compt. rend., 155, 435 (1912). — 14) M. Büsgen, Bot. Jahrbücher, 50, Suppl.-Festband f. Englcr 1914), p. 526. — 15) Vgl. für die Lupinenchlorose Pfeiffer u. Simmermacher, § 3. Die Resorption der einzelnen gelösten Mineralstoffe aus dem Boden. 493 Nach Benecke ist ein Ersatz von Ca durch Strontium nicht mögUch, Strontiumsalze wirken vielmehr schwach giftig. Doch hatte schon Hasel- hoff (1) aus seinen Versuchen geschlossen, daß Strontium bis zu einem ge- wissen Grade dazu befähigt ist an die Stelle des Kalkes im pflanzlichen Organismus zu treten. Nach Hager (2) kann man den Kalk zu V3— Va durch Sr ohne Nachteil ersetzen, jedoch nicht ganz. Ebenso kam Miyake (3) zu dem Ergebnis, daß die Schädigung durch Kalkmangcl mittels Strontium verzögert, aber nicht aufgehoben werden kann. Dasselbe fand auch Faack (4). Nach den Versuchen von Colin und Rufz de Lavison(5) wird Strontium ähnlich, doch weniger gut aufgenommen als Calcium, Baryt- salze hingegen werden im Pericykel der Wurzel abgelagert. Baryt ist bedeutend giftiger und kann Ca in keiner Weise vertreten, wie schon 1866 durch Wasserkulturversuche von Knop (6) gezeigt worden war. Colin und Rufz de Lavison(7) hielten Erbsenpflanzen in 0,125%oiger Barytsalzlösung und geben an, daß im zentralen HolzzyHnder reichliche, die Zellhohlräume ausfüllende körnige Ablagerungen auftraten. Sowohl Strontium wie Baryumsalze kommen übrigens in kleinen Mengen recht verbreitet in Pflanzen vor. Von dem Holze der Rolbbche war der Barytgehalt schon Scheele (8) bekannt, und wurde wiederholt, in älterer Zeit von Eckard (9), in neuerer Zeit von Hornberger (10), wiedergefunden. Der letztgenannte Autor fand auf barythaltigem Boden in 1000 Teilen Holztrockensubstanz 0,025—0,032 Teile Baryt. In der Asche liegt er als Sulfat vor. Mehrfach erwähnt wird Barytgehalt amerikanischer Astragalusarten : mollissimus u. a. („loco weed") (11) auf barythaltigem Boden, ebenso von Nicotiana. Ein Teil des Ba soll mit Wasser extrahierbar sein und dürfte an organische Säuren gebunden sein. Das leichte Eindringen von Kalksalzen in Wurzelhaarzellen konnte Osterhout (12) bei Keimlingen von Dianthus barbatus durch das Auftreten von Kalkoxalat in den Zellen direkt verfolgen. Auch in tierische Zellen (B utzellen) dringt dasCa"-Ion nach Hamburger (13) rasch ein. Strontium soll nach Colin und Rufz deLavison (14) etwas langsamer aufgenommen werden. Für das Kalkbedürfnis der Pflanzen kommt, wie die neueren Erfah- rungen gelehrt haben, sehr in Betracht, welche Grade von Alkalinität von den Landw. Vers.stat., 9j, 1 (1919); Robert, Bull. Soc. Biol., i, 84 (1914); Hiltner, Prakt. Blatt, f. Pfl.bau, 5, 63 (1915); Creydt, Journ. f. Landw., 63, 125 (1915); Masoni, Staz. Sper. Agr. Ital., 47, 674 (1914); Cauda, Ebenda 627. — Für Vitis: DE Angelis d'Ossat, Ebenda 603. Kalkempfindlichkeit von Linum und Kahdüngung: W. FiseHER, Landw. Presse, 46, 436 (1919). 1) E. Haselhoff, Landw. Jahrb., 22, 851 (1893). — 2) G. Hager, Arbeit, landw. Vers.stat. Marburg u. Dissert. Dresden 1909. — 3) K- Miyake, Bot. Mag. Tokyo, 28, 1 (1914). — 4) K. Faack, Mitteil, landw. Lehrk. Hochsch. f. Bodenkult. Wien, 2, 175 (1914). — 5) H. Colin u. J. de Rufz de Lavison, Rev. g^n. Bot., 22, 337 (1910). — 6) Knop, Landw. Vers.stat., 8, 143 (1866). Miyake, 1. c. (1914). Bei den antagonistischen lonenwirkungen auf Muskel usw. ist Ca viel allgemeiner durch zweiwertige Ionen vertretbar, vgl. Höber, Pflüg. Arch., 166, 531 (1917). — 7) H. Colin u. J. de Rufz de Lavison, Compt. rend., 150, 1074 (1910). — 8) Scheele, Opusc. ehem. et phys., i, 258 (1788). — 9) G. E. Eckard, Lieb. Ann., 100, 294 (1866). — 10) R. Hornberger, Landw. Vers.stat., 51, 473 (1899). Ferner Forchhammer, Lieb. Ann., 95, 84 (1866); Dworzak, Landw. Vers.stat., 17, 398 (1874). v. Lippmann, Ber. ehem. Ges., 30, 3037 (1897). - 11) C. L. Alsbero, 0. F. Black u. Marsh, U. S. Dept. Agr. Bur. of Plant. Ind. Bull., 246 (1912); J. S. Mac Hargue, Journ. Amer. Chem. Soc, 35, 826 (1913). - 12) \\. J. V. Osterhout Ztsch. physik. Chem., 70, II, Arrhenius-Festband, p. 408 (1909). — 13) H. J. Hamburger, Ebenda, 69, 663 (1910). - 14) H. Colin u. J. de Rufz DE Lavison, Rev. g^n. Bot., 22, 337 (1910). 494 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. Wurzeln ertragen werden. Auch für das Kalkbedürfnis eines Bodens ist dessen Acidität ein wichtiger Faktor (1). So wird Lupine nach de Grazia (2) auf vesuvianischem Boden durch starke Kalkung geschädigt und nur durch kleine Kalkmengen der Ertrag gesteigert. Calciphilc Pflanzen sind an höhere Grade von Alkalinität resp. geringe Aciditätsgrade angepaßt (3). Darreichung von Kalkverbindungen als Düngemittel spielt bekanntlich in der landwirtschaftlichen Praxis eine große Rolle. Doch handelt es sich in der Regel nicht um eine Melioration durch Beseitigung von Kalkarmut des Bodens, sondern um Applikation eines „indirekt wirkenden" Dünge- mittels. So pflegt man die in der Praxis so vielfach erprobte günstige Wirkung von Gipsdarreichung bei Klee sich meist verständlich zu machen durch Um- setzung des CaS04 mit unlöslichen Kaliverbind'mgen (4). Wohl auch kohlen- saurer Kalk und Ätzkalk mögen mindestens zum Teil ihre günstige Wirkung auf diesem Wege entfalten. Doch kommen auch Änderungen der physi- kalischen Bodenbeschaffenheit (Mergelwirkung!) und andere Faktoren in Betracht. Ätzkalk erhöht die Durchlässigkeit, mehr in feuchten als in trockenen Böden. CaCOg vermindert die Durchlässigkeit im lufttrockenen Boden und erhöht diesellje im feachten Boden (5). Entsprechend der viel- gestaltigen Wirkung des Kalkes werden die Effekte einer Uberkalkung auch sehr verschiedenen Ursprunges sein, und man wird nur für ganz bestimmte Fälle eine Sanierung durch Magnesiadarreichung ins Auge fassen können (6). Die Wurzeln fand Warthiadi (7) bei großem Ca-Überschuß viel weniger geschädigt als bei zu großem Mg- Gehalt des Substrates. Die schädlichen Wirkungen der überstarken Kalkung von Hochmoorböden dürften auf bak- terieller Nitritbildung beruhen (8). Nach D. Meyers ausführhchen Untersuchungen über den Kalkgehalt verschiedener Bodenarten und über Kalkdüngung (9) schwankt der Kalk- gehalt in verschiedenen Ackerböden zwischen 0,092 und 1,271%; bei leichten Bodenarten ist er im Mittel 0,33%, bei schweren 0,69%. Als normaler, 1) Vgl. Lemmermann, 0. Förster u. Einecke, Landw. Jahrb., 40, •255 (1911). Bedeutung von Ca im Boden auch J. Penkawa, Bot. Zentr., 125, 344 (1914). Kalkbedarf im Boden: Hutchinson u. Mo Lennan, Chem. News, iio, 61 1914). — 2) S. DE Grazia, Staz. Sper. Agr. Ital., 40, 351 (1907). — Kalkbedüi-fuis der Gerste u. Hirse: J. Konowalow, Landw. Vers.stat., 74, 343 (1911). Vgl. auch 0. Loew, Ztsch. landw. Vers.wps. österr., 8, 603 (1905). — 3) Hierzu auch W. Russell, Assoc. Avanc. Sei. 36. Sess. (1907), p. 521. C. le Gendre, Bull. Soc. Bot. (4), 8, 248 (1908). Für Digitalis: Chodat, Bull. Soc. Bot. Genöve (2), 5, Nr. 9 (1913). — Der auf kalkarmem Gestein wachsende Farn Camptosorus rhizophyllus enthält in der Asche 30—40% CaO: Wherry, Journ. Wash. Acad. Sei., 6, 672 (1916). — Für die Hochgebirgspflanzen Schwedens vgl. Tengwall, Svensk. Bot. Tidskr., jo, 28 (1916). — 4) Vgl. A. Mayer, Düngerlehre, Lehrb. Agr. Chem., II (2), p. 191 (1902), 5. Aufl. Graf zur Lippe, Fühlings Landw. Ztg. (1878), p. 728. — 5) Vgl. E. Blanck, Landw. Jahrb., 3S, 715 (1909). Über Kalkdüngung vgl. Fr. Schwarz, Ztsch. Forst- u. Jagdwesen, 44, 316 (1912). Sodann 0. Loew, Ztsch. landw. Vers.wes. österr., 8, 583 (1905); Landw. Jahrb., 35, 527 (1906). Prakt. Blätter f. Pfl.bau u. Pfl.schutz (1909), Heft 6, p. 77. G. Daikuhara, Bull. Ex. Sta. Tokyo (1906), i, 1. Kalkdüngung bei Holzpllanzen: Chancerel, Rev, g^n. Bot., 25bis, 83 (1914). Vorteile von Calciumsilicat: Mo Intire u. Willis, Journ. Ind. Eng. Chem., 6, 1005 (1914). Kalkzufuhr: B. Heinze, Landw. Mitteil. Prov. Sachs. (1912), p. 181. CaCOj bei Pisum: Morosow (1916), ref. Bot. Zentr., 138, 198. — 6) Vgl. S. Maki u. S. Tanaka, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 7, 61 (1906). — 7) D. War- thiadi, Dissert. München (1911). Vgl. auch B. Hansteen, Jahrb. wiss. Bot., 47, 289 (1910). P. Krische, Kali, jj, 245 (1919). A. Felber, Ernähr, d. Pfl. 15, 73 (1919). — 8) A. Densch, Landw. Jahrb. (1913), p. 331. Densch u. Arnd, Zentr. Bakt. (II), 40, 83 (1914). Die Ansichten von G. A. Ritter, Fühlings landw. Ztg., 61, 593 (1912) sind widerlegt. Arnd, Landw. Jahrb., 47, 371 (1915); 4g, 191 (1916). Saure Humus- böden: S. Oden, Mitteil, forstl. Vers.wes. Schwedens, 14, 1287 (1918).— 9) Diedr. Meyer, Landw. Jahrb., 29, 913 (1900); 30, 619 (1901); 33, 871 (1904). § 3. Die Resorption der einzelnen gelösten Mineralstoffe aus dem Boden. 495 nach der Methode von Kellner ermittelter Ca-Gehalt kann 0,25% gelten; unter 0,20% sollte derselbe nicht sinken. In den meisten Fällen ist nur 25—30% des Gesamtkalkes als Carbonat zugegen. Nach der Löslichkeit gruppiert Shorey (1) den Kalk im Boden wie folgt: Gesamt-Ca 0,27 bis 6,58%; wasserlöslich: Spuren —0,09; säurelöslich 0,02—5,72; kohlensäure- löslieh 0,04—5,79; wasserlösliches Sulfat: Spuren —0,18%. Die Löslichkeit des kohlensauren Kalkes hängt sehr vom Grade der feinen Verteilung ab (2). CaCOg wirkt als Kalkersatz entschieden am vorteilhaftesten. Doch wird nachweislich sogar Calciumsilicat von den Wurzeln aufgenommen (3), aber dabei weit mehr SiOa als CaO. Da die Pflanzenwurzeln reichlich GOa erzeugen, so spielt, wie schon Lassaigne (4) erkannte, die Löslichkeit von Calciumcarbonat und Calciumphosphat in COg-haltigem Wasser eine wichtige Rolle bei der Aufnahme des Kalkes durch die Wurzeln. Auch kommen die mannigfachen chemischen Wirkungen (Bildung organischer Säuren) durch den Stoffwechsel der Bodenmikroben bei der Aufschließung der Kalksalze im natürlichen Bodensubstrate wesentlich in Betracht (5). Wenn die Kalkverbindungen in die Zelle eintreten, so bieten sich wieder gänz- lich geänderte Lösungsverhältnisse dar, und schon der Zuckergehalt der Lösungsmittel in der Zelle muß die Löslichkeit der schwerlöslichen Kalksalze namhaft besser gestalten als im umgebenden Medium (6). Versuche, die Verbindungen des Kalkes in der Pflanze nach deren Löslichkeit im Wasser, Säuren usw. in Gruppen zu gliedern und quantitativ zu bestimmen, liegen von Aso und Loew (7) vor. LoEW fand pro 100 Teilen Trockensubstanz Ca löslich in: Wasser Essigsäure Salzsäure Kartoffel 0,332 0,875 1,586 Buchweizen .... 0,056 0,367 1,524 Klee 0,858 0,742 0,489 Gerste 0,438 0,259 Spur Die wasserlöslichen Kalkverbindungen treten also gegen die wasserunlöslichen sehr zurück. Calciumoxalat gehört in die 3. Gruppe. Übrigens ist im einzelnen über die Kalkverbindungen noch wenig bekannt. Im Einklänge mit früheren Angaben von Church fand Aso in den weißen Blattpartien von panachierteu Arundoblättern weniger Ca als in den grünen Teilen. Es wurde schon erwähnt, daß für Pflanzenproduktion und die Ökonomie der Ernährung das Verhältnis zwischen den im Substrate vorhandenen Ca- und Mg-Mengen von hoher Bedeutung ist. Nachdem schon 1883 Raumer darauf aufmerksam gen^acht hatte, daß Pflanzen bei Abwesenheit von Kalk im Substrat früher zugrunde gehen, wenn Mg-Salz dargeboten wird, als wenn auch dieses fehlt, beobachtete LoEW (8) dieselbe schädliche Wirkung von Magnesiumsalzen bei kalkfrei kultivierten Spirogyren. Loew und Honda (9) konnten sodann für junge Pflanzen von Cryptomeria, Thuja und Pinna densiflora sicherstellen, daß diese Coniferen auf Kalkboden auch dann noch 1) Shorey, Fry u. Hazen, Journ. Agr. Res., 8, 67 (1917). — 2) Hager u. Kern, Journ. f. Landw., 64, 326 (1917). Bindung des Kalkes durch Bodenkolloide: Hager, Ebenda, 65, 246 (1916). — 3) H. Mieth, Landw. Vers.stat., 74, öl (1910). — 4) J. Lassaigne, Ann. Chim. et Phys. (3), 25, 346 (1849); Compt. rend., 28, 73 (1849). — 5) Hierzu z. B. A. Stalström, Zentr. Bakt, II, //, 724 (1904). — 6) Löslichkeit von Kalk in zuckerreichen Flüssigkeiten: J. Weisberg, Bull. Soc. Chim. (3), 21, 773 (1899). Keine Beziehung zwischen Acidität der Pflanzensäfte u. Ca- Versorgung: Kappen u. Zapfe, Landw. Vers.stat., 93, 136 (1919). — 7) K. Aso, Bull. Agr. Coli. Tokyo, 5, 239 (1902). — 8) 0. Loew, Flora 1892, p. 381. — 9) Loew u. Honda, Bull. Agr. Coli., 2, Nr. 6 (1896). 496 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. gedeihen, wenn die vorhandene Mg-Menge relativ sehr gering ist; ferner, daß die Eignung des Bodens sehr deutUch abnimmt, wenn die Mg-Menge darin die Ca-Menge bedeutend übertrifft. Es studierte sodann Aso (1 ) an Wasserkulturen von Gerste, Weizen, Reis, Sojabohne und Allium Cepa plan- mäßig dieses Verhältnis und suchte das optimale Verhältnis zwischen Ca und Mg zu ermitteln. Dasselbe war nicht überall gleich. Während für junge Triticumpflanzen und Reis das beste Verhältnis CaO:MgO = l:l war, entwickelte sich Gerste am besten, wenn doppelt so viel Ca geboten war als Mg, Soja hispida, wenn der Kalkgehalt der Nährlösung den Mg- Gehalt um das 2— 3Tache übertraf; für Allium waren die Relationen 2:1 und 1:1 die besten. Im Anschlüsse daran stellte Furuta (2) fest, wie die Kalk- und Magnesiadüngung im Boden vorgenommen werden muß, damit der beste Ertrag erzielt werde. Er fand das optimale Verhältnis von CaO:MgO für Buchweizen 3:1, für Kohl 2:1 und für Hafer 1:1. Für Gewächse mit großen Blattflächen erwies sich im allgemeinen ein relativ höherer Kalkgehalt des Substrates als notwendig. Ist der Kalkgehalt im Verhältnisse zum Mg-Gehalte des Substrates vorteilhaft, so entwickeln sich die Wurzelhaare sehr stark, während bei zu reichlicher Gegenwart von Mg die Wurzel- entwicklung leidet. 0. LoEW (3) hat hierauf, auf den Erfahrungen seiner Schüler fußend, die Wichtigkeit der Ermittlung des ,, Kalkfaktors", wie das Verhältnis CaO/MgO im Substrate genannt wurde, in ausführlicher Darlegung hervorgehoben. Übereinstimmende Resultate enthält ferner eine Arbeit von Aso (4) über die an Morus auf allzu Mg-reichem Boden auftretende Blattkrankheit, und die Darstellung der Experimente von Daikuhara (5) über das optimale Verhältnis von Ca:Mg für Phaseolus. Nach LoEW ist der optimale Wert des ,, Kalkfaktors" für Cerealien und Linum 1:1 oder 2:1; für blattreiche Pflanzen wie Leguminosen 3:1. Ein Organ enthalte um so mehr Kalk und benötige einen um so größeren Kalkfaktor, je größer seine Zellmasse sei; in Zellkern und Chloroplasten seien ,, Kalkprotein- verbindungen" in viel größerer Quantität vorhanden. Bei magnesiumreicher und kalkarmer Nahrung soll sich nach Loews Hypothese das Mg an die Stelle des Ca setzen, was Desorganisationserscheinungen an Kern und Chlorophyll- körnern zur Folge hätte (6). LoEW hob hervor, daß Oxalsäure ähnliche toxische Wirkungen entfalte, wie allzureichhche Magnesiazufuhr. Dies deutet er ebenfalls dahin, daß die Oxalsäure den „Kalkproteinverbindungen" den Kalk entreiße, Und infolge dieses Umstandes Degenerationserscheinungen, ähnlich wie Mg-Zufuhr, bedinge (7). Eine gewisse Stütze verleihen der Theorie Loews die Feststellungen, daß kernlose tierische Blutzellen sich durch mangelnden Kalkgehalt von kernhaltigen unterscheiden (8); leider wirken 1) K. Aso, Bull. Agr. Coli. Tokyo, 4, 361 (1902); 6, 97 (1904). T. Katayama, Ebenda, 6, 103 (1904). — 2) T. Furuta, Ebenda, p. 371. — 3) 0. Loew, The Relation of Lime and Magnesia to Plant Growth, Washington (1901). Bull. Agr. Coli. Tokyo, 4, 381 (1902). Ztsch. landw. Vers.wes. Österr., 8, 683, 603 (1905); Landw. Jahrb., 34, 131 (1905); 35, 527(1906). Prakt. Blätter f. Pfl.bau u. Pfl.schutz, 7, 77 (1909); Landw. Jahrb., 39, 335, 1005 (1910); ebenda (1912), p. 181; Journ. Ind. Eng. Chem., j, 257 (1913). Landw. Jahrb., 46, 733 (1914). Die Lehre vom Kalkfaktor. Berlin 1914. — 4) Aso, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 5, 495 (1903). — 5) G. Daikuhara, Ebenda, p. 501. — 6) 0. Loew, 1. c; Landw. Jahrb. 1902 u. 1903; Flora (1892), p. 381; (1903), p. 489; Bot. Zentr., 50, 72 (1892); Landw. Jahrb., 34, 131 (1905). Bull. Coli. Agr. Tokyo, 7, 7 (1906). — 7) 0. Loew, Münch. med. Woch.schr. (1910), Nr. 49; Biochem. Ztsch., 38, 226 (1912). Flora, 105, 447 (1913). Bezüglich Säurebindung durch Kalk auch P. Q. Keecan, Chem. News, 106, 181 (1912). — 8) Cl. Hörhammer, Biochem. Ztsch., .79, 270(1912); auch F. Winkler, Nat. Ges. (1913), II, 2, 298, fand zellkernveiche tierische Organe kalkreich. § 3. Die Resorption der einzelnen gelösten Mineralstoffe aus dorn Boden. 497 Oxalate auf kernlose Blutzellen nicht anders ein als auf kernhaltige. Ferner meinte Starkenstein (1) die Oxalatwirkung auf Tierorganismen wesent- lich als Kalkentziehung auffassen zu müssen und vergleicht kalkfällende Säuren und Magnesiumsalze in ihrer toxikologischen Wirkung. Allerdings kann beim Tier im Gegensatz zur Pflanze Mg den Kalk teilweise funktionell ersetzen. Die Lehre vom ,, Kalkfaktor" ist wiederholt einer ablehnenden Kritik unterzogen worden. Von mehreren Seiten wurde behauptet, daß die Grenzen der günstigen Relation durchaus nipht immer so eng seien, wie Loew und Peine Schüler angaben. So war in Versuchen von Hager (2) der Spielraum von Ca/Mg recht weit; die Wirkung der Werte 1:0,1, 0,3, 0,4 war ziemlich gleich; 1 :1 hatte Schädigung zur Folge. Übrigens ist auch nach Daikuharas Angaben (3) in Japan häufig ein Verhältnis Ca/Mg =30:1 zweckmäßig, während Aso (4) den Kalkfaktor mit 1:1 für Reis fand. Für Tabak ist nach Daikuhara (5) der Kalkfaktor 4:1, ebenso die Relation Ca/Mg in der Asche der Pflanze. Für Polygonum tinctorium wurde der Kalkfaktor mit 1:1 oder 2:1 (6), fürMorus mit 3:1 angegeben (7). Bernardini und Corso (8) fanden für Roggen, Weizen, Bohne 1:1, Mais, Zwiebel, Lein und Spinat 2:1, für Leguminosen 3:1, Die Relation Ca/Mg soll nach diesen Autoren auch auf die PO4- Aufnahme Einfluß haben. Für Avena fand Sirker (9) 1:1; der- selbe Wert gilt nach Namikawa(1 0) für Linum und Spinacia. Für die Stengel- entwicklung der Samenrüben ist nach Fallada (11) der Kalkfaktor an- scheinend bedeutungslos, umso ausgesprochener die Wirkung auf die Knäuel- bildung. Bei einem Kalkfaktor 3:1 war die Ernte fast noch einmal so hoch als bei 1:3. Auch andererseits wird eine Relation 3:1 als günstigste ange- geben (12). Der Ansicht, daß die Relation Ca/Mg wichtig sei, geben auch Reed sowie Tottingham Ausdruck (13). Die Kritik hat teilweise die Bedeutung des „Kalkfaktors" gänzlich in Abrede zu stellen versucht. So meint D. Meyer (14), daß vor allem die Beziehung des Kalkgehaltes zum Säuregehalt des Bodens als maßgebend in Betracht komme. Lemmermann (15) fand, wie andere Forscher, Schwan- kungen des Kalkfaktors innerhalb erheblicher Unterschiede ohne Wirkung auf den Ertrag. In der Tat müssen die Angaben über Spinacia (s. 'o.), wo doch die Pflanze gewiß ein blattreiches Gewächs ist, sowie bezüglich Poly- gonum, ähnliche Bedenken erwecken. Nach P. L. Gile (16) wäre der Kalk- faktor abhängig von der Konzentration und sein Spielraum bei großer Ver 1) E. Starkenstein, Arch. exp. Pathol., tj, 46 (1914). Wien. klin. Woch.schr. (1913), Nr. 30. —2) G. Hager, Arbeit, landw. Vers.stat. M?rburg; Dissert. Dresden 1909. — 3) a Daikuhara, Bull. Imp. Centr. Agr. Ex. Sta. Japan, /, 23 (1906). — 4) K. Aso, Journ. Coli. Agr. Tokyo, i, 171 (1909). — 5) Daikuhara, Bull. Imp. Centr. Agr. Ex. Sta. Japan, /, 17 (1906). — 6) T. Imaseki, Ebenda, j, 125 (1908). — 7) M. Nakamura, Ebenda, p. 129. — 8) L. Bernardini u. G. Corso, Staz. Sper. Agr. Ital., 41, 191 (1908); 42, 369 (1909). — 9) J. N. Sirker, Journ. Coli. Agr. Tokvo, j, 183 (1909). — 10) S. Namikawa, Bull, Coli. Agr. Tokyo, 7, 67 (1906). — 11) Fallada u. Greisenegger, Österr.-Ung. Ztsch. Zuck. Ind., ^5, 107 (1916). Für die Ammonisation: Kelley, Zentr. Bakt., II, 42, 619 (1914). — 12) Thomas u. Frear, Journ. Ind. Eng. Chera., 7, 1022 (1915). — 13) H. S. Reed, Ann. of Bot., 2J, 501 (1907); W. E. Tottingham, Physiol. Research. Baltimore, /, 133 (1914); L. Bernardini u. C. Corso, Progr. agr. et vit., 55, 466 (1914). Bernardini u. A. Siniscalchi, Ebenda, p. 493. Mitscherlich, Landw. Jahrb., i, 473 (1918); Stutzer, Ist Magnesia ein wichtiger Düngestoff? Berlin 1917. — 14) D. Meyer, Landw. Jahrb., 39, Erg.bd., III, p. 254 (1910). — 15) 0. Lemmermann, Einecke u. H. Fischer, Ebenda, 40, 173 (1911); so. 617 (1917). Vgl. ferner R. Stewart, Journ. Ind. Eng. Chem. (1911), p. 376. — 16) P. L. Gile, Bull. U. S. Agr., 12 (1913). F. PisoiOTTA, Staz. Sper. Agr. Ital., 46, 643 (1913); E. Haselhoff, Landw. Jahrb., 45, 609 (1914). Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 32 498 Siebenundfönfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. dünnung weiter. Auch auf die früheren Arbeiten von Ulbricht (1 ) und besonders auf jene von Bruch (2) ist hinzuweisen, welche die Frage noch- von anderen Seiten beleuchten. Besonders ist zu prüfen, ob die Mg-Wirkung in bezug auf Ca tatsächlich etwas Spezifisches ist. Dafür sprechen verschiedene Umstände nicht. Es berichtete Benecke (3), daß auch andere Salze und Salzgemische (KNO3 + KH2PO4) bei Wasserkulturpflanzen Erkrankungen erzeugen, die gleich- falls durch Kalkzusatz paralysiert werden können. Während Loew angab, daß Ba und Sr ähnliche Wirkungen entfalten wie Mg, konnte Bruch nicht finden, daß sich Kalkmangel in Ca-freien Lösungen durch diese Stoffe heilen läßt. Dieser Forscher konstatierte zwar, daß Weizenkeimlinge in reinen Mg- Salzlösungen länger am Leben blieben als in kalkfreien, alle übrigen nötigen Salze enthaltenden Nährlösungen, doch bestreitet er, daß der Tod der Pflanzen in kalkfreier Lösung immer früher eintreten müsse als in Ca- und Mg-freien Kulturen. Dojarenko (4) und Gössel (5) haben gleich- falls dargelegt, daß die physiologischen Wechselbeziehungen zwischen Ca und Mg nicht ganz so einfach liegen, wie sie die LoEWsche Hypothese darstellt, und der Kalk nicht schlechtweg einem Mg-Überschuß die Wag- Bchale zu halten hat. Gewiß sind aber Ca und Mg an dem notwendigen physiologischen Gleichgewichte hervorragend beteiligt, und es sei nochmals hervorgehoben, daß es für die entgiftende W^irkung der Ca-Ionen andere Analoga gibt. LoEB (6) fand, daß die Eier des Teleostiers Fundulus in reiner, dem Seewasser isotonischer NaCl-Lösung rasch zugrunde gehen, wenn man nicht durch den Zusatz von bestimmten mehrwertigen Kationen dem schäd- lichen Einfluß des Na begegnet. 1 Äqu. Ca-Ionen vermögen dabei 1000 Äqu. Na -Ionen zu entgiften. Froschmuskeln zucken andauernd in Lösungen reiner Na- Salze; sie hören aber auf, wenn man eine kleine Menge eines mehr- wertigen Ions wie Ca", Sr"", Mg", Be", Co", Mn", AI"" zusetzt (7). So bedarf auf dem Gebiete der Ca- und Mg- Versorgung der Pflanzen durch die Wurzeln noch manche Frage einer viel umfassenderen Behandlung, als es durch die LoEWsche Hypothese möglich ist, die doch nur einen ganz bestimmten Gesichtspunkt entwickelt, der nicht immer der wichtigste sein muß. Biologisch ist es bedeutsam, daß die Kalksalze durch Kohlensäure als Lösungsmittel bei Gegenwart von Eiweiß kolloide Lösungen bilden, wie Fr. Hofmeister (8) zeigte. Die Vorgänge bei der Verkalkung (tierischer) Gewebe hätte man sich nach Wo. Pauli (9) so zu denken, daß Bindung des Ca an Eiweißstoffe vorausgeht, und die Ca- Salze durch Abbau dieser Eiweiß- 1) R. Ulbricht, Landw. Vers.stät., 52, 383 (1899); 57^ 103 (1902). —2) P. Bruch, I^ndw. Jahrb. (1901), Erg.bd. III, 127. - 3) Benecke, Bot. Ztg. (1898), I, 93; (1903), I, 79; (1904), II, 116. — 4) A. Doj.\renko, Bot. Zentr., 95, 470 (1904). — 5) Fr. Gössel, Verh. Nat. Ges. (1903), II, /, 101. — 6) J. Loeb, Amer. Journ. Physiol., 3, 327 (1900); Pflüg. Arch., 80, 229 (1900); 88, 68 (1902). - 7) J. Loeb, Ebenda, 91, 248 (1902); loi, 340; 103, 503 (1904). C. Herbst, Arch. Entw.mech., 17, a06 (1904). Nach Sabbatani, Chera. Zentr. (1902), II, 1331, gibt es auch Anta- gonismus von Ca und Trinatriumcitrat. Ciliarbewegung: R. S. Lillie, Amer. Journ. Physiol., 10, 419 (1904). Ferner G. Buglia, Ztsch. Biol., 55, 343 (1911); 54, 250 (1910). J. S. Meltzer u. J. Auer, Zentr. Physiol., 21, 788 (1907). Beschleunigung der amöboiden Bewegung durch Ca: H. J. Hamburger, Kgl. Ak. Amsterdam, 19, 12 ^910). Antagonismus Ca: Mg; J. GoMEZ-OcANä, Rev. Real Accd. Cienc. Madrid 1910. — 8) Fr. Hofmeister, Ergebn. d. Physiol., /o, 429 (1910). — 9) Wo. Pauli, Wien. med. Woch.schr., 60, 2288 (1910). Über Kalk und Mg im Tierkörper: J. Mal- colm, Journ. of Physiol., 32, 183 (1906); L. Sabbatani, Arch. ital. Biol., ./6, 361 (1905); Albu u. Neuberg, Physiol. u. Pathol. des Mineralstoffwechsels. Berlin 1906; H. Aron u. R. Sebauer, Biochem. Ztsch., 8, 1 (1908); M. Kochmann, Ebenda, 27, 86 (1910). § 3. Die Resorption der einzelnen gelösten Mineralstoffe aus dem Boden. 499 Stoffe frei werden; dabei ist zu beachten, daß die Löslichkeit d«r Calcium- phosphate in Albumoselösung geringer ist als die Löslichkeit von CaCOg. in. Das Eisen und andere Schwermetalle. Es gelang 1043 zuerst E. Gris (1) nachzuweisen, daß bei gänzlicher Abwesenheit von Eisen- verbindungen im Substrate die Blätter der Pflanzen bleichsüchtig, cliloro- tisch werden, und daß man diese Erkrankung durch Darreichung von Eisen- salzen in kleiner Menge sicher heilen könne. Salm-Horstmar konnte diese Entdeckung voll bestätigen, und Untersuchungen von J. Sachs (2), Stohmann (3), Molisch (4) haben diese merkwürdige Erscheinung, weiche durch die Konstatierung der Abwesenheit von Eisen im Chlorophyllfarb- stoff {Bd. I, p. 572) noch interessanter geworden ist, in allen Details mit Evidenz sichergestellt. Gewöhnlich fügt man den Wasserkulturen etwas Eisenphosphat, Eisensulfat oder Eisenchlorid zu, also toit gleichem Erfolge das zwei- und dreiwertige Eisen-Ion. Doch sind auch eine Anzahl komplexer eisenhaltiger Ionen und wahrscheinlich auch eisenhaltige Nichtelektrolyte mit Erfolg anwendbar. So kann Ferrocyankalium nach Knop (5) und Wagner (6) statt der einfachen Fe- Ionen dargereicht werden, auch wein- saures Eisenoxydkali u. a. komplexe Ionen. Nach Gile (7) wirken am besten Sulfat, Citrat und Tartrat. FeClg ist minder gut, dialysiertes Fe un- tauglich. Das Optimum lag für Oryza bei 0,008 g pro Liter; 0,002 g wirkte schlechter. Kolloidales Eisen wird durch Reis nicht assimiliert. Molisch hat gezeigt, daß so kleine Eisenmengen ausreichend sind, daß bei Phaseolus multiflorus ohne Amputierung der Cotyledonen nie rein weiße Blätter zu erzielen sind; hier genügt offenbar der in den Keimblättern vorhandene Eisenvorrat, um auf sehr lange Zeit hochgradige Chlorose zu verhindern. Bemerkt sei, daß ein Transport von Fe aus alten Blättern in junge ofienbar auf Schwierigkeiten stößt, da nur die jungen Blätter chlorotisch werden und die älteren grün bleiben. In Wiese, Feld und Wald ist Chlorose keine häufige Erscheinung; in Gärten aber, wo es gilt das Wachstum der Pflanzen möglichst üppig und schnell zu gestalten, gehört diese Erkrankung nicht zu den Selten- heiten, und Sachs hat zu ihrer Heilung praktische Ratschläge gegeben (1888 1. c). Besonders die Fälle, in denen man im Freien ganz vereinzelte chlorotische Pflanzenindividuen unter vielen Hundert normalen Pflanzen findet, weisen darauf hin, daß nicht immer ausgesprochener Eisenmangel im Bodensubstrat die Chlorose erzeugen muß. Abnorm gesteigerter Eisen- bedarf, wie er bei sehr raschem Wachstum von zurückgeschnittenen Baum- kronen eintreten kann, genügt, um wenigstens schwach und vorübergehend Chlorose zu erzeugen. Daß Stoffwechselanomahen es ebenfalls bedingen können, daß einzelne Sprosse für ihr Wachstum nicht genügend Eisen er- halten, ist leicht mögHch, und so mögen sich viele noch nicht hinreichend aufgeklärte Vorkommnisse von Chlorose im Freien erklären. Auch die von Heinricher (8) bei autotroph gezüchteten Hemiparasiten aus den Gattungen Euphrasia und Odontites beobachteten Chloroseerscheinungen geböten in 1) EusfeBE Gris, De l'action de comp, fenug. sur la v6g6tation (1843). Ferner A. Gris, Ann. Chiin. et Phys. (4), 7, 201 (1857). — 2) J. Sachs, Flora (1862); Experim. Physiol. (1865), p. 142; Naturwiss. Rdsch. (1886), p. 257; Arb. Bot. Inst. Würzburg, j, 433, 659 (1888). — 3) Stohmann, Landw. Vers.stat., 6, 350 (1864). — 4) H. Molisch, Pflanze n. Eisen (1892), p. 90. — 5) Knop, Ber. säch.s. Ges. Leipzig, 25, 8 (1869). — 6) Wagner, Landw. Vers.stat., 13, 74 (1870). Haselhoff, Landw. Jahrb. 47, 338 (1914) fand be- Bohnen Ertragsverminderung. — 7) Gile u. Carrero, Journ. Agr. Res., 7, 503 (1916); j, 205 (1914); 7, 83. — 8) E. Hein- richer, Jahrb. wiss. Bot., 32, 442 (1898). 32* 500 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. dieses Gebiet mit hinein. Wenn auch Spuren von Eisen keinem Ackerboden fehlen, und die Menge, wie die Erfahrung lehrt, stets ausreichend ist, um Chlorose der Pflanzen zu verhindern, so kann es besonders bei sehr ge- steigerter Pflanzenproduktion nicht ohne Vorteil in bestimmten Fällen sein, Eisendüngung anzuwenden. Hierbei ist auch zu beachten, daß die Eisen- verbindungen durch chemische Reizwirkungen die Pflanzenproduktion entschieden steigern, sobald ihre Dosis nicht ein gewisses Maximum über- schreitet. Dieses liegt aber nach Thomson (1) sehr niedrig. Schon 0,0005% lösliches Eisensalz tötet in einigen Tagen die Würzelchen von Wasser- kulturpflanzen ab, und zweifellos könnten durch größere Beimengungen von Eisenvitriol zum Dünger, wie es zu Desinfektionszwecken bei Abtritt- dünger vorkommen kann, eventuell Schädigungen von Kulturen eintreten (2). Doch erfolgen rasch Umsetzungen der löshchen Eisensalze im Boden, und es ist eine bekannte Tatsache, daß im Humusboden die zugeführten Eisen- verbindungen bald in unlösliche Formen übergeführt werden, teils durch chemische Umsetzungen, teils mögen auch Speicherungs-, Lösungs- und Adsorptionswirkungen mit in Frage kommen. Alkalische Reaktion des Sub- strates erschwert allgemein die Eisenassimilation. Nach Gile und Car- RERO (3) liefert nur das Tartrat genügend Fe in alkalischer Lösung bei Oryza. Mais wird bei Überschuß von CaCOg in der Nährlösung chlorotisch(4). Dieselbe Erfahrung machten Monnier und Kuczynski (5) bei Zufügung von CaCOg oder MgCOg zu Böden in Topfkulturen. Hortensiablüten werden dann auch nicht mehr blau. Mehrfach wurde über günstige praktische Er- folge durch Eisensulfatdüngung berichtet, so von König (6) und besonders von Griffiths (7). Vielleicht sind hierbei tatsächlich chemische Reizwir- kungen im Spiele, doch wird von Kellner (8) und anderen Agrikultur- chemikern eine ,, indirekte" Wirkung der Eisensulfatdüngung durch Auf- schließung und Umsetzung von Bodenbestandteilen in den Vordergrund gestellt. Durch reichliche Eisendüngung wird wohl meist der Eisengehalt der Pflanzen erheblich gesteigert werden können (9). Vaubel (1 0) meinte Anhaltspunkte dafür zu haben, daß das Eisen in Form komplexer Verbindung durch die Pflanzen aufgenommen wird, welche aus Ammoniumnitrat und metallischem Eisen entsteht. Diese Verbindung ist nur in Lösung beständig und zersetzt sich beim Eindampfen. Von verschiedenen Forschern (11) wurde geprüft, ob das Eisen in seinen physiologischen Wirkungen durch andere verwandte Metalle, besonders Mangan, Nickel, Kobalt ersetzbar sei. Jedoch wurde übereinstimmend gefunden, daß dies nicht der Fall ist. Mn vermag Chlorose nicht zu heilen, sondern wirkt antagonistisch und hebt die Wirkungen dargereichten Eisens auf (12). Auch Wolff (13) fand keine Möghchkeit das Eisen durch NiSOi 1) A. Thomson, Beihefte Bot. Zentr. (1893), p. 496. — 2) Vgl. Sachsse, Agr. Chemie (1888), p. 505. — 3) Gile u. Carrero, Journ. Agr. Res., 7, 603 (1916). — 4) M. J. SiDORiNE, Moskau 1914, ref. Bot. Zentr., 137, 264. — 5) Monnier u. Kuczynski, Compt. rend. soc. phys. Genöve, 33, 50 (1916). — 6) J. König, Landw. Jahrb., 12, 837. — 7) A. B. Griffiths, Journ. Chem. Soc, 47, 46 (1885); (1883), I, 195; (1886), I, 114. — 8) 0. Kellner, Landw. Vers.stat., 32, 365(1886). F. Bracci u. A. Succi, Just (1888), I, 22; P. Pichard, Compt. rend., 112, 1456 (1891). — 9) Vgl. hierzu z. B. 0. v. Czadek, Ztsch. landw. Vers.wes. österr., 7, 66 (1904). — 10) W. Vaubel, Chem.-Ztg., 37, 737 (1913). —11) Sachs, Exp. Physiologie (1866), p. 144; Birner u. Lucanus, Landw. Vers.stat., 8, 140 (1866); Wagner, Ebenda, 13, 72 (1871). Risse, zit. bei Sachs, 1. c. Knop, Kreislauf des Stoffes (1868), p. 614. G. Spampani, Just (1891), I, 27. —12) Vgl. Tottingham, u. Beck, Plant World, 19, 369 (1916). Pugliese, Reale Ist. Imoraggiamento Napoli (6), 10 (1913). — 13) J.- Wolff, Compt. rend., 157, 1022 (1913). § 6. Die Resorption der einzelnen gelösten Mineralstoffe aus dem Boden. 501 oder Kaliumchromat zu ersetzen. Dies macht die mancherseits vermutete Rolle des Eisens als Katalysator nicht recht wahrscheinlich (1); höchstens könnte ein beschränkter Wirkungskreis von Katalysen in Frage kommen. In der Asche unterschiedlicher Pflanzenorgane läßt sich Eisen mit Leichtigkeit mit den Fe- Ionen- Reagentien nachweisen, nicht aber, wie Molisch (1. c. 1892) eingehend dargelgt hat, in frischen Geweben. Die Me- thode, welche dieser Forscher zum Nachweise des „maskierten" Eisens ein- schlug (längere Behandlung mit konzentrierter Ätzlauge und nachherige Anstellung der Berlinerblau-Probe mit Ferrocyanid), ist nicht empfehlens- wert, weil minimale Eisenspuren aus der Lauge durch die Gewebe stark auf- genommen werden. Ebenso ist die Benutzung von reinster HCl und Kalium- ferrocyanid nach Quincke (2) nur mit Vorsicht anzuwenden, da das Ferro- cyanid bei HCl-Einwirkung selbst Berlinerblau liefert. Am geeignetsten dürfte zum mikrochemischen Eisennachweis die Überführung in Eisensulfid durch gelbes Schwefelaijimpnium sein, eventuell nach vorheriger Behand- lung mit ByNGES salzsaurem Alkohol (90 Teile 95%igem Alkohol + 10 Teile 25%iger HCl) bei 55°: Macallum (3), Quincke. Daß sich, wie Griffiths angab, bei reichlicher Darbietung von Ferrosulfat in den Zellen Kristalle von Eisenvitriol finden können, ist wohl sicher eine Täuschung gewesen. Über die im Pflanzenorganismus vorkommenden organischen Eisenverbin- dungen ist sehr wenig bekannt. Petit (4) berichtete über eisenhaltige Nucleinpräparate, die er aus Gerstenkörnern dargestellt hatte. Dieselben sollen durch die Wurzeln resorbierbar sein und sollen günstig auf. das Wachstum einwirken. Auch Suzuki (5) gelang es angeblich mit verdünntem Alkali aus Samen und Blättern eine durch verdünnte Essigsäure fällbare nucleinartige Substanz zu gewinnen, welche die Hauptmenge des Gesamt-Fe enthielt. Bestätigt sind jedoch alle diese eisenhaltigen Nucleinsubstanzen nicht. Das von Stoklasa (6) aus Zwiebeln erhaltene, mit dem Hämatogen von Bunge verglichene Präparat konnte Suzuki nicht darstellen. In den mit Äther, Alkohol oder Wasser hergestellten. Organextrakten fand Suzuki kein Eisen. Gola (7) berichtete über Eisenverbindungen, die er aus Pflanzen- material (Sägemehl von Tanne und Pappel und grüne Kräuter) durch Ex- traktion mit 0,3% NaOH und Fällung auf Essigsäurezusatz erhielt. Darin soll Fe in fester organischer Bindung enthalten sein. Extraktion mit 95% Alkohol mit 3% HCl lieferte ein pyridinlösliches Präparat, sehr reich an Fe, welches mit Hämatin verglichen wurde. Das reichliche Vorkommen von Eisenverbindungen in den Frucht- schalen von Trapa natans, welches Gorup-Besanez (8) zuerst beobachtete, sowie andere Befunde hohen Eisengehaltes in manchen Organen höherer Pflanzen wurde bereits verschiedentUch erwähnt. Mangan und Tonerde sind fast in jeder Bodenart verbreitete Substanzen, welche in kleiner Menge fast immer zur Resorption durch die Wurzeln kommen müssen. Bertrand(9) hat das Vorkommen von Mangan übersichtlich behandelt. Ebenso Jadin und Astruc (10), welche angaben, daß bei Pappelblättern 17,46 mg, bei 1) J. Penkawa, Bot. Zentr., 125, 344 (1914). — 2) H. Quincke, Arch. exp. Pathol., 77, 183 (1896). — 3) A. B. Macallum, Quart. Journ. Micr. Sei., jkensubstanzziinahm(\ Aufnahme von Kali noch weiterhin kräftige Fortsetzung erfahren (Amarantus caudatus). Sto- klasa{1) berechnet, daß die Zuckerrübe in 60— 70 Tagen im ganzen 46,81g Phosphorsäure aufnimmt, d. i. etwa die 10000-faciie Menge (ies im Samen vorhanden gewesenen Phosphorsäure Vorrates; nach 110-tägiger Vegetalions- zeit hat sich die aufgenommene Phosphorsäurequantität neuerlich ver- doppelt. Bis zur Blütezeit findet Iwanowska (2) bei Hordeum deij Umsatz der aufgenommenen PO4 in organischen Phosphor relativ gering; zur Zeit der'Samenbildung nimmt er sehr stark zu. Die Aufnahme der PO4 geht nach Seidler (3) aber gleichfalls nicht immer parallel zur Trockensubstanz- bildung. Im ersten Jahre bietet nach Müntz und Gaudechon (4) bei mehr- jährigen Kulturpflanzen Darbietung von Calciummonophosphat namhaften Vorteil, später nicht mehr. Über Ausfallserscheinungen nach Entziehung von PO4 bei Pflanzen ist nicht viel bisher bekannt. Reed (5) hält PO4 nötig für die Kohlenhydrat- bildung. KossowiTSCH (6) führte die Kleemüdigkeit des Bodens auf Mangel an leicht zu assimilierender PO4 (und Kali) zurück. Da mit der Ernte, besonders bei Körnerfrüchten, den Kulturen sehr erhebliche PO4- Quantitäten für immer entzogen werden, bildet die Frage des Wiederersatzes der Phosphorsäure eines der wichtigsten Probleme der Landwirtschaft. Die wissenschaftliche Seite der Frage ist weit davon ent- fernt, einen befriedigenden Stand erreicht zu haben, und die zahlreichen Widersprüche in Theorie und Praxis zeigen, wie verwickelte Verhältnisse hier vorliegen. Sollen lösliche oder unlösliche Phosphate angewendet werden ? Daß Darbietung leichter löslicher Phosphate Vorteile hat, war a priori wahrscheinlich und auf dieser Basis ruht die Fabrikation und Anwendung der unterschiedlichen, aus schwerlöslichen Phosphaten durch Säureauf- scl^ließung erhaltenen Präparate [Superphosphate (7)], sowie die Bewertung der Phosphorsäuredünger des Handels nach dem Gehalte an ,,citratlöslicher Phosphorsäure", welcher nach der auf den Vorschlägen P. Wagners be- ruhenden Vereinbarung mittels Ammoniumeitrat bestimmt wird (8). Das Aufschließen kann ähnhch mit 2% Citronensäure geschehen, nach MiT- SCHERLICH (9) mit CO 2 gesättigtem Wasser, oder durch Sstündiges Dämpfen bei 5 Atmosphären (10). Unter Umständen kann aber der praktische Vorteil wieder auf der Anwendung schwerlöslicher Phosphate liegen, und so haben 1) J. Stoklasa, Chem. Zentr. (1897), T, 1128. — 2) G. B. Iwanowska, Anzeig. Akad. Krakau, 1. c. — 3) L. Seidler, Landw. Vers.stat., 79/80, 663 (1913). — 4) MiJNTZ u. Gaudechon, Ann. Sei. agron. (4), /, 200 (1912). —5) H. S. Reed, Ann. of Bot., 21, 501 (1907). — 6) P. Kossowitsch, Russ. Jouin. exp. Landwirtsch., 6, 567 (1905). — Aciditätdes Bodens und Mangel an ausnutzbarer PO«: A. R. Whitson u. C. W. Stoddart, Journ. Araer. Chem. Soc, 2g, Ibl (1907). Stoddart, Journ. Ind. Eng. Chem., /, 69 (1909). — 7) Über Verringerung des Kalkgehaltes durch Superphosphatdüngung und Säureschädigung bei Kulturpflanzen: Spieckermann, Landw. Ztg. f. Westfalen 1918, p. 255. — 8) Über die Methode z. B. J. König, Untersuch, landw. wicht. Stoffe, 2. Aufl., p. 161(1898). Superphosphate: J. Stoklasa, Chem. u. physiol. Studien über Superphosphate, Berlin 1896. Über P04-Bestimmung im Boden: A. Pagnoul, Ann. agron., 24, 649 (1900). Fällung freier H3PO4 in CO^-haltigen gesättigten Calciurabicarbonatlösungen als Tricalciumphospfiat:TH. Schloe- .siNG, Compt. rend., 131, 211 (1900). Löslichkeit der Phosphate: F. K. Cameron u. L. A. Hurst, Journ. Amer. Chem. Soc, 26, 885 (1904). — Anwendung von 0,2 norm. HCl: W. P. Kelley, Journ. Ind. Eng. Chem., 2, 277 (1910); 0,2 norm. HNO,: G. S. Fraps, Journ. Araer. Chem. Soc, 28, 823 (1906). — 9) E. A. Mitscherlich, Landw. Jahrb., 36, 309 (1907). — 10) E. Coppenrath, Hasenbäumer u. König, Landw. Vers.stat., 46, 401 (1907). § 3. Die Resorption der einzelnen gelösten Mineralstoffe aus dem Boden. 511 es Dafert und Reitmair (1) direkt in Abrede gestellt, daß hochcitratlösliche Thomasschlacke besser wirke als niedrigcitratlösliche. Jedenfalls spielt dabei der Ort, wo die PO4 sich ansammelt, eine wichtige Rolle. Geschieht dies in der Nähe der Wurzeln, so wirkt das Phosphat ausgezeichnet; sammelt es sich von den Wurzeln entfernt an, so muß die Wirkung in jedem Falle geringer sein. Das Phosphat kann tiefer oder minder tief in den Boden ein- dringen, bevor ein Gleichgewichtszustand mit den Bodenbestandteilen hergestellt ist; selbst in der obersten Bodenschicht kann es bereits zurück- gehalten werden (2). Andererseits hat man in der a-uf lange Zeit verteilten und nachhaltigen Wirkung schwerlöslicher Phosphate, wie Thomasschlacke, tatsächlich nicht selten praktische Vorteile erzielen können. In analoger Weise ist es wohl auch verständlich, wie Anwendung grobkörnigen und sehr fein pulverisierten Phosphatmateriales unter verschiedenen Verhältnissen günstigere Wirkungen entfalten kann (3). Noch mehr Aufgaben, die zum Teil hervorragende praktische Bedeutung besitzen, stellen sich uns in der Beurteilung, wie die gleichzeitig stattfindende Zufuhr anderer Pflanzennähr- stoffe den Nutzen der Phosphatdüngung beeinflußt. Bereits Boussm- GAULT (4) befaßte sich mit den Beziehungen, welche zwischen Stickstoff- nahrung und Phosphatdarreichung bestehen, ein Thema, das ispäter viel studiert worden ist, ohne bisher zu einem vollkommenen Abschlüsse ge- kommen zu sein. Nach den Erfahrungen von Liebscher und von God- LEWSKI (5) kann der Ertrag von Kartoffeln durch Überschuß an assimilier- barer PO4 sogar deprimiert werden. Nach Godlewski soll das Verhältnis N : P2O5 im Boden für Kartoffel nicht enger als 100: 50 sein. Gerste undRoggen haben sowohl für N als für PO4 ein stärkeres Bedürfnis als Kartoffel. Jeden- falls wird aber die reichlich dargebotene Phosphorsäure, sobald der Stick- stoffvorrat unter ein bestimmtes Minimum sinkt, nicht mehr zu einer Mehr- produktion in der Ernte ausgenützt. Bei Godlewski finden sich ferner die Wechselbeziehungen zwischen Kalidüngung und PO4- Düngung für Kar- toffel, Roggen und Gerste näher erläutert. Aber auch das Verhältnis der 1) Dafert u. 0. Reitmair, Ztsch. landw. Vers.wes. österr., j, 689 (1900). — 2) J. T. Crawley, Journ. Amer. Chem. Soc, 24, 1114 (1902). Wirkung löslicher und unlöslicher Phosphate u. a. : Emmerling, Biedermanns Zentr.bl. (1880), p. 718. — 3) Vgl. P. Wagner, Journ. f. Landw. (1883), p. 255. — Neuere Lit. über Phosphor- dünger: Clausen, Journ. f. Landw., 53. 213 (1905); A. Quartaroli, Staz. Sper. Agr. Ital., 38, 639 (1905); W. Sohneidewind, D. Meyer u. H. Frese, Landw. Jahrb., 35, 927 (1906); S. de Grazia, Staz. Sper. Agr. Ital., 40, 54 (1907); S. Uchiyama, Bull. Imp. Centr. Agr. Ex. Sta. Japan, j, 105 (1908); H. G. Söderbaum, Ztsch. landw. Vers.wes. österr., //, 506; Landw. Vers.stat., 48, 433 (1908). S. Tsuda, Journ. Coli. Agr. Tokyo, /, 167 (1909). R. Mitsuta, Ebenda, p. 163. Takeuchi, Ebenda, p. 203. G. Leonoini, Staz. Agr. Sper. Ital., 45, 55 (1912); A. Quartaroli, Ebenda, 38, 83 (1904); W. Simmermacher, Landw. Vers.stat., 77, 441 (1912); H. Wilfarth, Römer u. Wimmer, Ztsch. Ver. dtsch. Zuck.Ind. (1912), p. 1037; W. E. Tottingham u. C. Hoffman, Journ. Ind. Eng. Chem., 5, 199 (1913); P. E. Galtsew u. Jakuschin, Ann. Inst. Agron. Moscou, ig, 193(1914); Th. Pfeiffer u. E. Blanck, Landw. Vers.stat., 84, 93 (1914). Gerste: Schul, Landw. Jahrb., 45, 646 (1913). Rübe: Sazanoff, ref. Bot. Zentr., 132, 576 (1915). Mineralphos- phate: Burlison, Journ. Agr. Res., 6, 485 (1916). Rhenania-Phosphat: Remy, Landw. Jahrb., 49, 685 (1916). Säurelösl. von Mineralphosphat: Aita, Ann. di chim. appl., 7, 200 (1917). Waggaman u. Wagner, Journ. Ind. Eng. Chem., 10, 442 (1918). Calci uratetraphosphat: Hitier (1918), ref. chem. Zentr. 1919, I, 264. — 4) J. Boussingault, Agronomie, i, 207; 3. kA. (1886). — 5) E. Godlewski, Ztsch. landw. Vers.wes. österr. (1901). Liebscher, zit. ebenda. Nach G. Andre, Compt. rend., 142, 90? (1906) ist zwischen N und PO4 im Safte von Mesembryanthemum crystallinum von einer gewissen Zeit an eine auffallend konstante Relation zu beobachten. 512 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. PO4- Quantität zum vorhandenen Kalk vermag Einfluß zu nehmen, ohne daß, wie die Diskussionen von Kellner und Böttcher (1) und Dafert (2) gezeigt haben, der Erfolg der PO4- Düngung sich bei gleichzeitiger Kalk- darreichung immer in Form eines Erntemehrertrages zeigen müßte. Alle diese Probleme sind kaum über die summarische Feststellung der praktischen Feldversuche und deren Ergebnisse hinausgelangt. Wie bei wiederholten Anlässen dargelegt wurde, spielt die Phosphorsäure im Organismus sowohl als P04-Ion, als auch in Form wichtiger Kohlenstoffverbindungen: Glycero- phosphorsäure resp. Lecithin, Phytin, Nucleine und Nucleoalbumine, bei den verschiedenartigsten Vorgängen des pflanzlichen Stoffwechsels eine bedeutungsvolle Rolle. Da die Pflanzen nach vielen Erfahrungen selbst die geringsten Phosphorsäuremengen aufzunehmen und zu verwenden wissen so kann man schwer beurteilen, welche Zellfunktionen auch bei mangelnder POj-Zufuhr wenigstens eine Zeit hindurch ungestört fortdauern können. Deswegen ist die von 0. LoEW (3) geäußerte Meinung, daß in der Zelle Eiweißsynthese sogar bei Abwesenheit von PO4 stattfinden könne, mit Vorbehalt hinzunehmen. Man hat dem Calciumphosphat in der Pflanze mannigfache Bedeutung für den Stofftransport zugedacht, weil organische Doppelphosphate, Phytin, der Phosphorgehalt der Stärkekörner, ferner die Löslichkeit von phosphorsaurem Kalk in zuckerhaltigen Säften, sowie die Löslichkeit von Globulinen und Nucleoalbuminen in phosphathaltigen Säften in Betracht gezogen werden können. So verwertete Vaudin (4) das gleichzeitige Vorkommen von Äpfelsäure, das Auftreten von Zucker bei der Stärkelösung für eine Theorie der Wanderung des Calciumphosphates in der Pflanze. Hansen (5) beleuchtete die Bedeutung der Phosphate für die Erhaltung des gelösten Zustandes von Eiweißstoffen. Von landwirtschafthcher Seite (6) wurde auf die Förderung der Ausbildung der Stützgewebe, also von Membransubstanz unter dem Einflüsse der Phosphatdüngung, aufmerksam gemacht. Für den tierischen Organismus kann anorganische Phospborsäure nachweislich ebensogut zum Aufbau der organischen PO4- Verbindungen dienen, wie dies bei der Pflanze der Fall ist (7). Zum Nachweise der anorganischen PO4 in pflanzlichen Geweben dient die bereits von Pfeffer (8) mikrochemisch angewendete Magnesiamischung: ammoniakalische Lösung von MgS04 und NH4CI. Nach den Nachprüfungen von Iwanoff (9) entsteht der charakteristische krystallinische Niederschlag von MgNH4P04 auch bei Gegenwart ganz geringer Mengen anorganischer Phosphate. Aus organischen PO4- Verbindungen wird der typische Tripel- phosphatniederschlag nicht erhalten. Nucleoalbumine und Vitelline liefern nur eine amorphe körnige Fällung (10). Hingegen ist die bekannte Molybdat- reaktion auch für organisch gebundene PO4 verwendbar. Man wendete 1) 0. Kellneb u. 0. Böttcher, Dtsch. landw. Presse, 27, Nr. 52 (1900). Kellneb, Ztsch. landw. Vers.wes. österr., 4, 124 (1901). — 2) F. W. Dafert, Ebenda, p. 96, 128 (1901). Petermann, M6m. Ac. Roy. Belg. (1889). — 3) 0. Loew, Biol. Zentr., //, 269 (1891). — 4) L. Vaudin, Compt. rend., 121, 3G2 (1895); Ann. Inst. Pasteur, 16, 85 (1902). — 5) A. Hansen, Flora (1889), p. 408. Arb. bot. Inst. Würzburg, j, 92 (1884). — 6) D. Lienau u. A. Stutzer, Landw. Ver.s.stat., 6s, 253 (1906). P. Vageler, Journ. Landw., 55, 193 (1907). — 7) Vgl. G. Finger- ling, Biochem. Ztsch., 38, 448 (1912). Tiere reagieren bei Entziehimgsversuchen am empfindlichsten auf Ca und PO4. Vgl. Osborne u. Mendel, Journ. Biol. Chem., 34, 131 (1918). J. LoEB, Ebenda, 23, 431 (1916). — 8) W. Pfeffer, Jahrb. wiss. Bot., 8, 466 (1872). — 9) L. Iwanoff, Jahrb. wiss. Bot, 36, 355 (1901). — 10) IwANOFF, 1. c. ; MoRACZEWSKi, Ztsch. physiol. ehem., 2j, 71 (1896); 25, 262 (1898). § 3. Die Resorption der einzelnen gelösten Mineralstoffe aus dem Boden. 513 dieselbe entweder in der von A. Hansen (1) angegebenen Form an, oder in den Modifikationen von Lilienfeld-Mo^^ti (2) und Pollacci (3), welche darin bestehen, daß man den Molybdänniederschlag mit Pyrogallol oder Zinnchlorür reduziert; die entstehende Blaufärbung ist besonders leicht mikroskopisch kenntlich. Diese Methoden werden jedoch sehr dadurch be- einträchtigt, daß das kolloide Molybdän durch Adsorption auch an Stellen festgehalten wird, wo ursprünglich kein P04-Niederschlag lag. Iwanoff sowie Pollacci haben zahlreiche Angaben über Lokalisation der Phosphate und der organisch gebundenen PO4 in pflanzlichen Geweben geliefert. Spuren von Arsen werden wohl in den meisten Fällen von den Wurzeln aus dem Ackerboden zur Resorption kommen. Zum Nachweise dieser Tatsache waren die Untersuchungen von Gautier (4) von grundlegender Bedeutung. Diesem Forscher gelang es durch genaue und kritische- Methoden sicher zu zeigen, daß Arsen als normaler Bestandteil einer Anzahl tierischer Organe (Schilddrüse, Haare, Federn, Haut, Knochen) anzusehen ist, daß ferner As im Meerwasser, in marinen Algen, aber auch in Süßwasseralgen vorkommt. Höchstwahrscheinlich stammt das Arsen des Erdbodens, des Meeres und der Pflanzen aus dem Urgestein. 100 g Granit von Vire (Bretagne) enthielt 0,06 mg Arsen. Das Vorkommen von Arsen in Boden, Pflanzen, Früchten und Tieren untersuchte sodann Headden (5). Er fand in 1 Million Teilen: jungfräulichem Boden von Colorado 2,5—5, Mergel 4—13. Zuc- CARI (6) sieht As als nahezu normalen Bodenbestandteil an; es scheint sich meist an Eisen zu binden. Die Verbreitung von As im Pflanzenreiche unter- suchten besonders Jadin und Astruc (7). Die Höchstgehalte waren bei Avena 0,062 mg und bei Zuckerrübe 0,061 mg auf 100 g Trockensubstanz, Viscum enthielt, auf verschiedenen Bäumen schmarotzend, stets ungefähr dieselbe Menge Arsen und richtete sich nicht nach dem As- Gehalte des Substrates (8). Bei der Zuckerrübe verfolgte Remmler (9) die Arsen- aufnahme und fand, daß eine solche bei Zufuhr von Schweinfurtergrün möglich ist; jedoch nicht bei Applikation des Arsenits auf die Blätter, sondern nur durch die Wurzeln. Quellen des Arsens finden die Pflanzen ferner, wie Stoklasa (1 0) gezeigt hat, in vielen Düngemitteln, besonders in den Superphosphaten, welche bis zu 0,3% As enthalten können. Toxische Wirkungen kommen 1) A. Hansen, Arbeiten bot. Inst. Würzburg, j, 96 (1885). Highley, Just (1881), I, 386; C. Reichard, Chem.-Ztg., 27, 833 (1903). —2) Lili-enfeld u. Monti, Ztsch. physiol. Chem., j;, 410 (1893); Bot. Ztg. (1893), II, 245 (Krit. Ref.); A. B. Macallum, Proc. Roy. Soc, 6j, 467 (1898). — 3) G. Pollacci, Malpighia, 8, 361 (1894); 4, 19; Ztsch. wiss. Mikr., 18, 111 (1900). Chem. Zentr. (1895), II, 230; Atti Ist. Bot. Pavia, 10, 16 (1904). A. Arcangeli, Atti Soc. Toscan. Sei. nat.-, 18, (1902). — 4) A. Gautier, Compt. rend.. 130, 286; 131, 161 (1900); 12g, 189 (1899); Ztsch. physiol. Chem., j6, 391 (1902); Compt. rend., 134, 1394; 135, 812 u. 1115 (1902); 137, 295 (1903). Gautier u. P. Clausmann, Ebenda, jjp, 101 (1904); Chem. Zentr. (1904), II, 1745. F. Garrigon, Compt. rend, 135, 1113 (1902). G. Bertrand, 134, 1434 (1902); 135, 809; M. Segale, Ztsch. physiol. Chem., 42, 176 (1904); Hödlmoser, Ebenda, 33, 329 und K. Cerny, Ebenda, 34, 408 (1901) haben, wahrscheinlich nicht genügend genaue Methoden anwendend, Gautiers Re- sultate nur teilweise bestätigt. Gautier, Compt. rend., J70, 261 (1920). — 5) W. P. Headden, Proc. Colorado Sei. Soc. (1910), p. 345. J. B. Greaves, Biochem. Bull., 2, 519 (1913). — 6) G. Zuccari, Gazz. chim. ital., 43, II, 398 (1913). — 7) Jadin u. Astruc, Journ. Pharm, et Chim. (7), 6, 629(1912); Compt. rend., 159, 268 (1914). — 8) F. Jadin u. A. Astruc, Compt. rend., 155, 291 (1912); Journ. Pharm, et Chim. (7), 6, 529 (19i2). — 9) H. Remmler, Chem.-Ztg., 35, 977 (1911). — 10) J. Stoklasa, Ztsch. landw. Vers.wes. Österr. (1898), p. 164. Auch S. H. Collins, Chem. Zentr. (1902), I, 1022 über As- Gehalt der Gerste. Czapek, Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., IL Bd. 33 514 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. bei Pflanzen hierdurchnicht zustande, doch ist As nach Maze (1) entschieden schädhch, und keineswegs zu jenen Elementen zu rechnen, bei denen spuren- weise Aufnahme nützUch oder nötig ist. Toxikologisch scheint die As-Wirkung überall dieselbe zu sein, auch bei den aromatischen As-Verbindungen (2). Die Verbreitung und den Nachweis von Arsen in tierischen Organismen hat ferner Bloememdal (3) behandelt. Heffter (4) bestätigte die Anhäufung von As in den Haaren; das Arsen dürfte im Organismus an Nuclein gebunden sein, für die Bindung an Glycerin nach Art der Glycerophosphorsäure er- gaben sich keine Anhaltspunkte. Die Giftwirkungen des Arsens, welche bereits Chatin (5) näher ex- perimentell studierte, sind sehr erheblich, und nach Nobbe (6) vermag schon 1 mg arsenige Säure im Liter toxische Wirkungen auf das Wurzelsystem von Wasserkulturpflanzen auszuüben. Gautier und Bertrand (7) haben die altbekannte, 1836 von John Marsh angegebene Methode zum Nachweise von As so verfeinert, daß man damit nach 0,001 mg AsgOg nachweisen kann. Es werden 1^0 g des Untersuchungsmateriales in einer Porzellanschale durch Erhitzen mit einer Mischung aus 4 g H2SO4 und 40 g HNO3 zerstört und die Einwirkung der HNO3 in der Hitze so lange fortgesetzt, bis völlige Verkohlung eingetreten ist. Die Kohle wird fein verrieben mit Wasser aus- gelaugt und der wässerige Auszug 3 Stunden lang mit HgS behandelt. Der entstandene Niederschlag darf, inNHg gelöst, keine intensiv braune Farbe zeigen. Er wird in bekannter Weise im MARSH-Apparat behandelt, wobei zu beachten ist, daß die Luft im Apparate völlig sauerstofffrei sein muß . Daß die Meinung von Bouilhac (8), wonach Phosphorsäure durch Arsensäure vertreten werden kann, unbegründet ist, wurde schon erwähnt; dies haben Molisch (9) sowie Stoklasa experimentell erwiesen. V. Schwefel, Selen, Tellur. Mit der Tatsache, daß Schwefel ein nie fehlender Grundstoff in der Substanz pflanzlicher Organismen ist, wurde man erst langsam und spät vertraut (1 0) und noch länger währte es, bis man sich klar wurde, woher die Pflanzen ihren Schwefelgehalt beziehen (1 1 ). Es war erst Liebig (12), der mit voller Bestimnitheit die schwefelsauren Salze im Boden als die Quelle des S-Gehaltes der Gewächse ansprach, indem diese, im Wasser gelöst, durch die Wurzeln aus dem Boden aufgenommen werden. Durch die Wasserkulturstudien wurde es späterhin vollständig klar, daß eine Darreichung von Schwefelverbindungen, und zwar von Sulfaten, für das normale Gedeihen der Pflanzen unerläßhch ist. Doch hat auch heute die Kenntnis vom Schwefelstoffwechsel der Pflanzen noch viele Lücken. Soweit die bisherigen Erfahrungen reichen, sind Sulfate, also das Ion SO4, unstreitig die beste Form von Schwefelverbindungen zur Ernährung von Blütenpflanzen, und in der natürlichen S- Aufnahme durch die Wurzeln 1) Maz6, Compt. rend., 160, 211 (1916). — 2) Vgl. Sieburg, Ztsch. physiol. ehem., 97, 63 (1916). — 3) W. H. Bloemendal, Arch. Pharm., 246, 699 (1908). — 4).A. Heffter, Arch. internat. Pharm. Ther., 15, 399 (1906). — 5) A. Chatin, Compt. rend., 20, 21 (1845). — 6) F. Nobbe, Baessler u. Will, Landw. Vers.stat., 30, 381 (1804). 0. LoEW, Pflüg. Arch., 32, 111 (1884). — 7) A. Gautier, Compt. rend., 129, 936 (1900); Bull. Soc. Chim. (3), 29, 639 (1903); G. Bertrand, Ann. Inst. Pasteur, 16, 663 (1902); G. Lockemann, Ztsch. angew. Chem., 18, 416 u. 491 (1905); Mai u. Hurt,' Ztsch. Unt. Nähr. Gen.mitt. (1906), p. 193; Kunkel, Ztsch. physiol. ehem., 44, 611 (1905). — 8) Bouilhac, Compt. rend., 119, 929 (1894). — 9) H. Molisch, Sitz.ber. Wien. Ak., 105, I, 642 (1896). — 10) Vgl. z. B. dip Arbeiten von Planche, Schweigg. Journ., 36, 280 (1822). Pleischl, Ebenda, 43, 491 (1826). — 11) So ist noch A. Vogel, Journ. prakt. Chem., 25, 209 (1842) diesbezüglich unljlar. — 12) J. Liebig, Die Chemie in ihrer Anwendung usw., 7. Aufl., 1, 87 (1862). § 3. Die Resorption der einzelnen gelösten Mineralstoffe aus dem Boden. 515 kommt wohl kaum eine andere S- Verbindung dem SO4" an Bedeutung gleich, da S04"-Ionen allenthalben den Landphanerogamen in genügender Konzentration zur Verfügung stehen. Peterson (1 ), von dem die eingehend- sten Untersuchungen über die Schwefelaufnahme höherer Pflanzen aus neuerer Zeit stammen, fand, daß bei Darreichung größerer Sulfatmengen im Boden der Schwefelgehalt der Gewebe vermehrt wird. Während für Pilze auch einzelne andere Sauerstoffverbindungen dienlich sind, wie die Anionen der Thioschwefelsäure, der schwefligen Säure, scheint für höhere Pflanzen die Schwefelsäure kaum ersetzbar zu sein (2). Calciumsulfit ist nach Fittbogen (3) für Phanerogamen schädlich. Auch Rhodanaramonium erwies sich bei Wasserkulturen von Hafer und Gerste abträglich (4). Das letztgenannte Salz ist nach Stracke (5) auch für Cruci- feren schädlich. Die organischen Sulfosäuren, Ätherschwefelsäuren sind hinsichtUch ihrer Tauglichkeit noch nicht hinreichend untersucht (6). Für die Isäthionsäure CgHg'O-HSOa und ihre Aminosäure, das Taurin: GHaNHa- CHg- 0. HSO3 ist Aufnahme durjoh die Wurzeln und Nähr- tauglichkeit erwiesen. Voraussichtlich ist dasselbe auch der Fall bei Thio- aminosäuren, wie Cystein, was noch zu prüfen bleibt. An Sinapis alba, Avena, Urtica und einigen anderen Pflanzen haben Berthelot und Andre (7) die Intensität der S- Aufnahme aus dem Boden während des Vegetationsganges verfolgt. Es nahm die S- Quantität bis zur Blütezeit ziemlich gleichen Schrittes zu. Erwünscht wäre es, an der Hand chemisch-analytischer und mikro- chemischer Studien ein Bild von Verteilung und Vorkommen des Sulfat- Ions und der verschiedenen organischen Schwefelverbindungen zu erhalten. Nach Schimper (8) kann man mitunter in lebenden Geweben (Crambe maritima) mit Herstellung von Kalium- Nickelsulfat das SO4" nachweisen; auch sollen Strontium-, selbst Barytsalze zum S04-Nachweis verwendbar sein. GoLA (9) deutete die rotviolette Reaktion, welche er mit alkalischer Nitroprussidnatriumlösung in vielen Meristemen, Wurzel- und Sproßspitzen erhielt, als die von Mörner (1 0) angegebene Gysteinreaktion. Diese Probe ist allerdings nicht für Cystein allein charakteristisch, doch erhielt Gola auch andere auf Cystein beziehbare Reaktionen. Die Vermutung von Cameron (11), daß das Selen einigermaßen den Schwefel im pflanzlichen Stoffwechsel ersetzen kann, ist durch keine Tat- sache begründet. Schwache Gaben von Seleniten und Telluriten sind un- 1') W. H. Peterson, Journ. Am. Chem. Soc. 36, 1290 (1914), Kreislauf des Schwefels auf der Erde: P. Kossowitsch, Russ. Journ. exp. Landw., 14, 181 (1913). — 2) Vgl. BiRNER u. Lucanus, Landw. Vers.stat., 8, 152 (1866). Knop, Ber. landw. Inst. Leipzig (1881), p. 31 u. 51; Sachsse, Agrik.chemie (1888), p. 451. Hart u. ToTTiNGHAM, Journ. Agr. Res., 5, 233 (1915). Thalau, Landw. Vers.stat., 82, 161 (1913V Für Klee: Tottingham, Journ. biol. Chem., 36, 429 (1918). Sherbakoff (1915), ref. Bot. Zentr., 131, 320. — Über die Umwandlung von Schwefel im Boden, die dabei in Betracht kommenden mikrobischen und chemischen Faktoren: vgl. Kappen u. Quensell, Landw. Vers.stat., 86, 1 (1915). Brown u. Kellogg, Journ. Biol. Chem., 21, 73 (1915). Lint, Journ. Ind. Eng. Chem., 6, 747 (1914). Ferner: Pfeiffer, Simmermacher u. Spangenberg, Fühlings landw. Ztg. (1916), p. 194; PiTZ, Journ. Agr. Res., 5, 771 (1916); Thörner, Ztsch. angew. Chem. 2g, 233 (1916). — 3) Fittbogen, Landw. Jahrb., 13, Ibb (1884). — 4) Klien, Schrift, phys.ök. Ges. Königsberg, 26, 34 (1885). J. König, Just (1884), p. 57. Sachsse, 1. c, p. 502. — 5) G. J. Stracke, Dissert. Amsterdam (1904). — 6) Entstehung von Äther- Schwefelsäuren im Organismus: T. Sato, Ztsch. physiol. Chem., 63, 378 (1909). — 7) Berthelot u. Andre, Compt. rend., 112, 122 (1891); ebenda, 105, 1217. — 8) Schimper, Flora (1890), p. 219. — 9) G. Gola, Malpighia, 16 (1902). — 10) Mörner, Ztsch. physiol. Chem., 28, 694 (1900). — 11) C. Cameron, Roy. Dublin Soc. Proc. (1879), p. 231. 33» 516 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. schädlich. Für die Mineralstoffresorption durch die Wurzeln im natürlichen Boden haben Selen- und Tellurverbindungen nach den bisherigen Beob- achtungen keine Bedeutung. Die Angaben von Gassmann (1) über weite Verbreitung von Spuren seleniger Säure bei Tieren und Pflanzen basieren auf unsicheren Methoden und sind wohl als widerlegt hinzustellen (2). VI. Kieselsäure; Bor. Bei der außerordentlichen Verbreitung und dem massenhaften Vorkommen schwerlöslicher Silicate im Boden war die Frage nach der- Aufnahme von Kieselsäure durch die Wurzeln und die Bedeutung dieser aufgenommenen Kieselsäure für den Stoffwecteel der Pflanzen seit Saussures Forschungen eine der nächstliegenden in der Mineralstoffphysiologie. Doch war es erst Sachs (3), der mit Hilfe der Wasserkulturmethode experimentell darzulegen vermochte, daß die Kiesel- säure völlig entbehrt werden kann und daß die früher häufig geäußerte An- sicht, wonach die Kieselsäure zur Festigung der Gewebe beitrage und das Lagern des Getreides auf SiOg-Armut des Bodens und der Pflanzen beruhe, der exakten Grundlage entbehrt. Sachs erzog eine Maispflanze in SiOg-freier Wasser kultur, welche statt des normalen SiOg- Gehaltes der Asche von 18—23% nur 0,7% enthielt, aber trotzdem völlig wohl ausgebildet war. Auch Knop (4) gelangen solche SiOg-freie Kulturen, Jodin (5) ließ Mais vier Generationen hindurch in kieselfreier Nährlösung wachsen, ohne daß eine Benachteiligung der Entwicklung eingetreten v/äre. Höhnel (6) gelang es, eine Pflanze von Lithospermum arvense ohne SiO,,- Darreichung zu er- ziehen, welche in der Wand der Mericarpien nur Verkalkung und keine Ver- kieselung der Epidermis aufwies, ebenso auch in der Behaarung keine SiO 2" Einlagerungen besaß. Entbehrlich ist demnach die SiOg im normalen Quantum sicher. Doch haben einige Erfahrungen gelehrt, daß SiOg-frei gezogene Pflanzen gegenüber normal ernährten oft im Nachteile sind. Wolff und Kreuzhage (7) beobachteten bei Avena bei SiO 2- Versorgung eine ent- schiedene Förderung der Körnerbildung gegenüber den SiOg-frei erzogenen Exemplaren. Nach Hall und Morison (8) tritt auch bei Gerste durch Dar- reichung löslicher SiO 2 frühere Bildung der Körner ein; eine Wirkung auf die Nutzbarmachung von PO4 ließ sich nicht nachweisen. Auch wird von verschiedenen Seiten als ökologischer Nutzen der Si- Darreichung angegeben, daß normal mit Si02 versorgte Versuchspflanzen weniger von tierischen Parasiten und Brandpilzen zu leiden hatten als Si-freie Kulturen (9). Im Zusammenhange mit solchen Beobachtungen begegnet man in der älteren und neueren Literatur der Ansicht, daß die Verkieselung der Epidermiszell- wände bis zu einem gewissen Grade einen Schutz gegen Angriffe pflanzlicher und tierischer Feinde bilden dürfte (10). Doch ist auch nicht zu vergessen. 1) Th. Gassmann, Ztsch. physiol. Chem., 98, 182 v. 265 (1917)'; joo, 209 (1917); 108. 38, (1919). — 2) R Fritsch, Ebenda, 104, 59 (1918). — 3) J. Sachs, Flora (1882), p. 53; Experim.physiologie (1865), p. 150. Wicke, Bot. Ztg., (1861), Nr. 16; Pierre, Compt. rend., 6j, 374 (1866). Neue Versuche an Weizen: Lundie, Chem. News, iio, 200 (1914). — 4) Knop, Landw. Vers.stat., 2, 185 (1862); Kreislauf des Stoffes, i, 221 (1868); Landw. Vers.stat., 3, 176 (1862); Rautenberg u. Kühn, Ebenda, 6, 359 (1864). BiRNER u. Lucanus, Ebenda, 8, 141 (1866); Wolff, Ebenda, 10, 292 (1868). — 5) Jodin, Ann. Chim. et Phys. (5), 30, 485 (1883); Compt. rend., 97, 344 (1884). — 6) F. v. Höhnel, Haberlandts wiss.prakt. Unt., 2, 160 (1877). — 7) E. V, Wolff, Landw. Vers.stat., 26, 415 (1881); C. Kreuzhage u. Wolff. Ebenda, 30, 161 (1884). — 8) A. D. Hall u. C. G. T. Morison, Proc. Roy. Soc, 77, B, 455 (1905). — 9) A. Sprecher, Bull. Soc. Bot. Genöve (2), j, 155 (1913); M. Lundie, South Afric. Journ. Sei., 9, 263 (1913). — 10) Liebig, zit. bei Knop, Kreislauf des Stoffes, p. 221. Johnson, Wie die Feldfriichte wachsen, übersetzt von Liebig (1872), p. 205; Stahl, Pflanzen u. Schnecken (1888), p. 72. Auch Kohl, Kalksalze u. Kieselsäure in der Pflanze (1889), p. 302. § 3. Die Resorption der einzelnen gelösten Mineralstoffe aus dem Boden. 517 daß sich die Kieselsäure als chemischer Wachstumsreiz betätigen kann, und überdies das physiologische Gleichgewicht in der die Wurzeln umgeben- den Mineralsalzlösung durch SiOg-Entziehung und SiO 2- Gegenwart beein- flußt werden kann. Wie veränderlich alle diese Verhältnisse bei den einzelnen Pflanzenarten sein mögen, lehrt u. a. das Vorkommen Si-reicher und Si- armer Pflanzen aus derselben Gattung, wie es von Erica- Arten (1 ) und Coniferen bekannt ist, worauf bereits Bezug genommen wurde (p. 4.50). Nach MiETH (2) wird Calciumsilicat durch die Wurzeln aufgenommen, dabei SiOg in höherem Maße als CaO. Gregoire (3) fand auch beträchtliche Aufnahme von kolloider Kieselsäure; er meint, die Wirkung von Ammonium- sulfat könne teilweise auf Mobilisierung der SiO 2 beruhen. Über die Effekte von Kieselsäuredarreichung auf Nicotiana wären Angaben von Blanck (4) zu vergleichen. Auch auf die vergleichenden SiO 2- Bestimmungen, welche Berthelot und Andre (5) an den verschiedenen Organen des Sommer- roggens vorgenommen haben, sei hingewiesen. — Die als Quelle der Kiesel- säure dienenden Nichtsedimentgesteine enthalten im Durchschnitt 47% 0, 28% Si, 8% AI, 7% Fe, 6% Ca und Mg und 4% Alkalien (6). Lange (7) hat gezeigt, daß die Siliciumverbindungen, welche sich im Gewcbssaft von Equisetum hiemale finden, nur Kieselsäurelösungen sind. Allerdings ist damit die Frage, welche Si- Verbindungen im Pflanzen- organismus vorkommen, noch nicht genügend erschöpfend beantwortet worden. Borsäure war in älterer Zeit nur als gelegentlich vorkommender Aschen- stoff von Pflanzenorganen angegeben worden, so von Wittstein und Apoiger (8) für die Samen von Maesa picta. In neueren Untersuchungen wurde jedoch verschiedentlich gezeigt, daß Borsäuregehalt in verbreitetem Maße bei Landpflanzen nachzuweisen ist. Maze (9) stellte für Mais Dar- reichung von Bor sogar als nötig hin. Als Quellen für die Aufnahme der Bor- säure kommt sowohl der Boden selbst in Betracht, woselbst nach Renard (1 0) die Verwitterungsprodukte turmalinführender Gesteinsarten die Hauptrolle als borsäurehaltige Materialien spielen, als auch, wie Callisen(11) fand, eine Reihe von künstlichen Düngungsmitteln: Chilisalpeter, Kainit, Guano und andere. Bo:säuregehalt wurde von Hotter (12) mit Hilfe der Este- rifikationsmethode und der Curcumareaktion in sehr zahlreichen Früchten, in Heu, Blättern und Zweigen von Obstbäumen nachgewiesen, von Becchi(1 3) im Epheu, von Baumert (14) bei Vitis, von Lippmann (15) bei Beta, und weitere Angaben machten Crampton (16) (nordamerikanische Pflanzen), Becchi(17) (Pflanzen von borsäurereichen Böden Italiens), Brand (18) 1) P. FLiCHi), Just (1890), I, 48. — Vorkommen von SiOa in den Organismen: C. Öerny, Ztsch. physiol. Chem., 62, 296 (1909). —2) H. Mieth, Landw. Vers.stat., 74, 81 (1910). — 3) A. Gregoire, Ann. Stat. Agron. Gembloux (1912). Humus- kieselsäure hat keine besondere Wirkung nach Haselhoff, Landw. Jahrb., 47, 345 (1916j. — 4) E. Blanck, Landw. Vers.stat., 64, 243 (1906). — 5) Berthelot u. Andre, Compt. rend., 114, 2bl (1892). — 6) Vgl. J. E. Reynolds, Nature, 81, 206 (1909). — 7) W. Lange, Ber. chem. Ges., rj, 822 (1878). Über den Kieselsäure- gehalt tierischer Organe, die manches bemerkenswertes bieten, vgl. Gonnermann, Ztsch. physiol. Chem., 99, 255 (1917); 702, 78.(1918). Asche aus Taubenfedern be- steht bis zu 77% aus SiO,. — 8) Wittstein u. F. Apoiger, Lieb. Ann., 103, 362 (1857). — 9) Maze, Compt. rend., 160, 211 ^1915). — 10) A. F. Renard, Bull. Ac. Roy. Belg. (3), 18, 49 (1889). — 11) J. S. Callisen, Just (1890), p. 50. — 12) E. Hotter, Landw. Vers.stat., 37, 437 (1890). v. Lippmann, Chom.-Ztg. (1902), p. 465. — 13) E. Becchi, Bull. Soc. Chim. (3), 2, 127 (1890). —14) G. Baumert, Ber. chem. Ges., 21, 3290 (1888). — 15) v. Lk^pmann, Ebenda, p. 3492 (1888).— 16) C. A. Crampton, Ebenda, 22, 1072 (1889). — 17) E. Becchi, Just (1891), I, 30. — 18) J. Brand, Ztsch. ges. Brauwes., 15, 426 (1892). 518 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. (Hopfen), Gassend und Deltour(I) sowie Jay (2). Aufnahme und Verteilung von Bor ist nach Cook (3) bei den einzelnen Kulturpflanzen ungleich; so nimmt Weizen und Hafer sehr wenig Borax oder Calciumborat auf, Leguminosen und Succulenten relativ viel. Reife Kartoffeln enthielten relativ viel Bor, während in den oberirdischen Teilen wenig vorhanden war. Sonst wurde in Wurzeln weniger Bor gefunden. In allen 'diesen Fällen handelt es sich um Mengen von Borsäure, welche noch völlig physiologisch unwirk- sam sind. Nach Nakamura (4) vermag etwas höhere Konzentration von Borat eine Wirkung als Wachstumsreiz entfalten. Toxische Wirkungen werden aber bereits bei relativ geringen Boratmengen beobachtet. Über diese Giftwirkungen haben unter anderen Arcangeli (5) und Hotter (1. c.) Mitteilungen gemacht. — In neuerer Zeit hat Agulhon (6) ausgedehnte Beobachtungen über Vorkommen von Borsäure in Pflanzen und ihre Rolle als Reizstoff angestellt. Geringe Borsäuremengen lassen sich nach Villiers und Fayolle (7) durch die bekannte grüne Flammenfärbung in folgender Weise auffinden. Man befeuchtet die Asche des Untersuchungsmateriales mit Schwefelsäure, fügt Methylalkohol zu und destilliert die Mischung so lange, bis weiße Schwefelsäuredämpfe auftreten. Das Destillat gibt beim Anzünden bei Borsäuregegenwart eine grüne Flamme. Zur quantitativen Borsäurebestim- mung in Pflanzenmaterial sind die Angaben von Carnielli (8) und besonders jene von Hebebrand (9) zu vergleichen. VII. Die Halogengruppe. Da Chloride in vielen Bodenarten ver- breitet vorkommen, ist Chlorgehalt der Asche wildwachsender Pflanzen ein äußerst häufiger Befund, wie die Erfahrungen der Aschenanalysen tausendfältig gelehrt haben. Die Chloride kommen offenbar zur Aufnahme durch die Wurzeln nach Maßgabe ihrer Konzentration im Substrat. Dies zeigt der relativ sehr bedeutende Chloridgehalt von Pflanzenasche auf koch- salzreichem Boden im Binnenlande und am Seestrand, der bis 35% betragen kann. Mit künstlichen Düngemitteln vermehrt man häufig den Chlorid- gehalt des Bodens und der darauf gedeihenden Pflanzen in nicht unerheb- lichem Grade. So wurde die Frage nach der Bedeutung des Cl für die Pflanze frühzeitig zu einem der Hauptprobleme der Mineralstoffphysiologie und Agrikulturwissenschaft, zumal die Konstanz und Reichlichkeit des Chlorid- vorkommens im Tierkörper, sowie die Wichtigkeit der Versorgung des Tier- organismus mit dem nötigen NaCl sich in auffallender Art von den stark wechselnden, bisweilen auf Spuren verminderten Ciiloridmengen in der Pflanze abhob. Versuche mit Wasserkulturpflanzen zeigten bald, daß es möglich ist, die meisten Versuchsobjekte in chloridfreien Nährlösungen zu vollkommen normaler Entwicklung zu bringen. Von den vielfältigen Er- fahrungen in dieser Richtung seien nur die Versuche von Knop und Dwor- zak (1 0) an Mais erwähnt, die zur Folge hatten, daß Knop das Cl als einen für die Ernährung der Pflanze völlig indifferenten Faktor hinstellte. Diese Anschauung wurde in ihrer allgemeinen Geltung durch die sorgfältigen 1) A. Gassend, Chem. Zentr. (1892), I, 36; E. Deltour, Ebenda (1893), II, 113. — 2) H. Jay, Compt. rend., 121, 896 (189Ö). — 3) F. C. Cook, Journ. Agr. Res., 5, 877 (1916). — 4) M. Nakamura, Bull. Agr. Coli. Tokyo, 5, 509 (1903). — 5) Arcangeli, Just (1886), I, 133. — 6) H. Agulhon, Ann. Inst. Pasteur., 24, 321 (1910); Thöse Paris 1910. — 7) Villiers u. Fayolle, Journ. Pharm, et Chim. (6), 2, 241 (1896). — 8) G. Carnielli, Chcm. Zentr. (1901), II, 600. — 9) A. Hebe- brand, Ztsch. Unt. Nähr. Gen.mitt., 5, 1044 (1902). —10) Knop u. Dworzak, Ber. Sachs. Ges. Leipzig (1876), p. 61. Knop, Kreislauf des Stoffes (1868), p. 616. § 3, Die Resorption der einzelnen gelösten Mineralstoffe aus dem Boden. 519 und kritischen Studien erschüttert, welche Nobbe und Siegert an Fago- pyrum esöulentum anstellten (1). Chloridfreie Kulturen von Buchweizen kamen nicht zum Fruchtansätze und zeigten die Blätter auffällig mit Stärke angefüllt, welche nicht, wie normal, in die übrigen Teile der Pflanze abtrans- portiert worden war. Diese Erfahrungen wurden mehrfach bestätigt und auch für andere Blütenpflanzen wurde der nachteilige Einfluß chloridfreier Kultur hervorgehoben, so von Farsky (2) auch für Avena und Hordeum, von Aschoff (3) für Phaseolus und Mais. Andererseits lauteten frei- lich Erfahrungen von A. Mayer (4) dahin, daß die Gegenwart der Chlor- Ionen im Nährsalzgemisch selbst bei Fagopyrum keine regelmäßige und not- wendige Existenzbedingung für die Pflanze darstellt. In neuerer Zeit hat es P. KoENiG (5) direkt in Abrede gestellt, daß Chloriddarreichung für Fago- pyrum unentbehrlich ist, und hat die von Nobbe beobachteten pathologischen Erscheinungen nach Chloridentziehung anderweitigen Ursachen außerhalb des Zusammenhanges mit dem Chlorraangel zur Last gelegt. Pfeiffer und Simmermacher (6) finden den Chlorbedarf des Buchweizens ,,sehr gering". In der Tat liegt, soweit es die unvollkommene Erforschung der Sachlage zu- läßt, der Verdacht nahe, daß es sich um Störungen des physiologischen Salzgleichgewichtes in den erwähnten Symptomen handelt, und es wäre zunächst nachzusehen, durch welche Salzionenzusätze die (übrigens auch von A. Mayer bestätigte) Hemmung des Stärketransportes und andere Erscheinungen des sog. Chloridhungers beeinflußt werden können. Auch die öfters in der Literatur erwähnten schädlichen Folgen des Chloridgehaltes im Boden (7) lassen deutlich erkennen, daß hierbei die Wirkungen von Ca" und Mg" im Spiele sind, und es sind Wurzeln gegen CaClg, besonders gegen MgClj recht empfindlich. Für bestimmte Funktionen der Chloride im pflanz- lichen Stoffwechsel, die allgemeinere Natur haben, besteht derzeit kein An- haltspunkt. Daß es wünschenswert wäre, besonders für die marinen niederen und höheren Pflanzen diese Frage zu prüfen, liegt auf der Hand. Hier ist bisher nur auf die Wichtigkeit des Natrons geachtet worden. Zweifellos verläuft die Aufnahme der Chloride aus dem Boden regu- latorisch, wie schon aus älteren Versuchen von Biedermann (8) hervorgeht. Aus verdünnten Lösungen wird aber doch prozentisch weniger Cl' aufge- nommen als aus konzentrierteren Nährsalzmischungen, ohne daß Propor- tionalität besteht. Überschwemmung von Landphanerogamen mit Chloriden kann erhebliche Störungen, selbst den Tod herbeiführen. Hierbei ist die os- motische Salzwirkung und der spezifische Einfluß der Chlorionen viel mehr zu sondern als es bisher geschehen ist. Versuche über die Wirkung ver- schiedener Chloride in Topfkulturen hat Wyplel (9) angestellt. Praktische Feldversuche hatten verschiedene Erfolge, z. B. bei Kartoffeln, wie den Mit- teilungen von Schulte, Sjollema (1 0) und anderen Autoren zu entnehmen ist. 1) Nobbe u.SiEGERT, Landw. Vers.stat., 4, 318; 5. 116; 6,108; 7, 380; xj, 398; Beyer, Ebenda, 11, 262 (1869); Wagner, Ebenda, jj, 128 (1871). Le dhecker, Ebenda, 8, 111; Hampe, Ebenda, 9, 64.-2) F. Farsky, Just (1881), I, 36. Ztsch. landw. Vers.wes. Österr., 21, 161 (1918). — 3) C. Aschoff, Landw. Jahrb., 19, 113 (1890). — 4) Ad. Mayer, Journ. f. Landw., 49, 41 (1901); Lehrb. d. Agr.Ch(;m., i-, 286; 5. Aufl. (1901). — 5) P. Koenig, Verh. Nat. Ges. (1911), II, /, 261; Ztsch. angcw. ehem., 24, 1852 (1912). —6) Pfeiffer u. Simmermacher, Landw. Vers.stat., 88, 105 (1916). — 7) Billard u. G. Vaquier, Sog. Biol. (1910), I, 1061; T. Takeuchi n. S. Ito, Bot. Mag. Tokyo, 25, 132 (1911); Fl. N. Magowan, Bot. Gaz., 45, 45 (1908). — 8) R. Biedermann, Landw. Vers.stat., 9, 312 (1867). Kreislauf des Cl auf der Erde: P. Kossowitsch, Russ. Journ. exp. Landw., 14, 181 (1913). — 9) M. Wyplel, Jahresbor. Gymn. Waidhofen N.-Österr. (1892).— 10) J. Schulte, Magdeburg. Ztg. (1894), Nr. 244; R. Sjollema, Journ. Landw., 47, 306 (1900). 520 Siebeiiundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. Das Jod ist vielleicht zu den in Spuren verbreiteten Grundstoffen zu zählen. Schon in . älterer Zeit waren dahin lautende Angaben gemacht worden, so von Chatin, welche aber noch der vollen Zuverlässigkeit ent- behrten. Seit den Arbeiten Gautieks (1 ) jedoch kann darüber kein Zweifel bestehen, daß in den Staubteilchen, welche in der Luft schweben, allent- halben Jodgehalt nachzuweisen ist, welcher wahrscheinlich auf die Sporen der Algen, Bacterien, Pilze, Moose, die in der Luft suspendiert sind, bezogen werden muß. In Süßwasseralgen konnte Gautier stet? Jod nachweisen, sowie in Flechten. Bourcet (2) konstatierte, daß Jod fast stets in der Acker- erde vorkommt und auch das Regenwasser jodhaltig ist. Deshalb enthalten viele Landpflanzen Jod, besonders reichlich Wurzeln, starkearme Knollen, u. a. auch die Zuckerrübe; ebenso Blätter und Stengel krautartiger Gewächse, ferner manche Früchte. Im Weine fand sich Jod, nicht hingegen in Baum- früchten und stärkereichen Samen. Doch sind Landpflanzen stets weit jodärmer als marine Organismen (3). Über die Verbreitung von Jod sind übrigens die Meinungen geteilt. Während Maze (4) so weit geht, zu be- haupten, daß Spuren von Jod zum Gedeihen von Mais nötig sind, äußern sich mehrere neuere Angaben (5) dahin, daß die Befunde von Jod bei Land- pflanzen mehr zufälliger Natur seien, und Winterstein fand Jod nur in 5 von 38 Fällen in tausendstel Prozenten. Durch die schöne Entdeckung Baumanns über das Vorkommen eines jodhaltigen Eiweißstoffes in der menschlichen Schilddrüse ist es wahrscheinlich geworden, daß jodhaltige Proteinsubstanzen verbreitet die Ursache des Jodgehaltes pflanzlicher und tierischer Organe und Gewebe seien. Doch hat sich die Angabe von JusTUS (6), wonach die Zellkerne regelmäßig solche Stoffe führen, nicht bestätigen lassen, da die verwendete Methode keine verläßliche ist (7). Kaliumjodid und Kaliumbromid sind in genügender Verdünnung, wie schon DiRCKs (8) gezeigt hat, unschädlich. Doch wirken sie noch in ver- hältnismäßig geringen Konzentrat onen toxisch, und zwar KJ mehr als KBr. Algen vertragen nach 0. Loew (9) noch 0,5% Lösungen ziemlich gut, während Phanerogamen empfindlicher sind. Sehr kleine Mengen Fluor dürften auch im Pflanzenreiche weit ver- breitet vorkommen. Schon Fürst zu S alm-Horstmar (1 0) konstatierte Fluor- gehalt von Lycopödium clavatum. In neuerer Zeit entdeckte Alvisi (11) Fluor in kleiner Menge in vielen Getreidearten, welches er sich mit Hilfe der sauren Wurzelausscheidungen aus den fluorhaltigen Bodensilicaten auf- genommen denkt. Doch findet sich nach Gautier und Clausmann (1 2) Fluor gelöst in süßem Wasser, in Trinkwasser nicht über 0,6 mg pro Liter, oft mehr in Mineralwasser. Fluor ist bekanntlich in weit verbreiteten Mine- ralien (Apatit) stets vorhanden, ebenso ein normaler Bestandteil der tierischen 1) Gautier, Compt. rend., 128, 643, 1069; 129, 189 (1899); 170, 261 (1920). Negative Resultate bezüglich Brom: A. Pillat, Ztsch. physiol. Chem., 108, 158(1919). — 2) P. Bourcet, Ebenda, 129, 768(1899); ijo, 1721 (1900); ij2, 1364 (1901). H. Erdmann, Ztsch.f. Nat.wiss., 69, 47 (1896). Bustamante, Ann. Chim. et Phys. (2), 62, 110 (1836) hatte Jodgehalt von Agave angegeben. — 3) Cameron, Journ." Biol. Chem., 23, 1 (1915). — 4) Maze, Compt. rend., 160, 211 (1915).— 5) Bohn, Journ. Biol. Chem., 28, 375 (1917). Winterstein, Ztsch. physiol. Chem., 104, 54 (1918). — 6) J. Justus, Virch. Arch., 170, 501 (1902); 176, 1 (1904). — 7) J. Babiy, Ber. bot. Ges., jj, 35 (1913); F. Blum u. R. Grützner, Ztsch. physiol. Chem., 91, 392 (1914). — 8) DiRCKS, Ber. sächs. Ges. Leipzig (1869), p. 20. Auch Knop, Ebenda (1885), p. 44. — 9) 0. Loew, Flora (1892), p. 374. — 10) Salm-Horstmar, Pogg. Ann., 777,339; 114, 610 (1861). — 11) U. Alvisi, Gazz. chim. ital., 42, II, 450 (1912). — 12) A. Gautier u. P. Clausmann, Compt. rend., 755, 1389 (1914); 760, 194 (1915); 762, 105 (1916). Fluor am meisten in Glimmer: Steinkoenig, Journ; Ind. Eng. Chem., 77, 463 (1919). § 4. Die Resorption ungelöster Bodenbestandteile usw. 521 Knochen. Nach Zdarek(I) ist über die Hälfte des Fluors von Knochen im Knochenfett vorhanden; Leber und Niere enthalten nächst den Knochen am meisten Fluor. Die Schalen der Süßwassermollusken enthalten weniger F als jene der marinen Formen (0,002-0,004% gegen 0,012%) (2). Bei Pflanzen sind nach Gautier die Blätter am reichsten, Holz und Rinde am ärmsten an Fluor. Salm-Horstmar hatte das Fluor für die Entwicklung von Pisum für nötig erachtet, doch konnte dies Tammann (3) in neueren Versuchen nicht bestätigen. Nach dem letztgenannten Forscher könnte das Fluor aus dem Boden von den Wurzeln als kieselfluorwasserstoffsaures Salz resorbiert werden. Sowohl Fluoride als kieselfluorwasserstoffsaure Salze sind schon in kleinen Gaben toxisch. Nach Tammann gehen Erbsenpflanzen in einer Nährlösung, welche pro Liter 0,1 g KF enthält, sehr rasch zugrunde; schon 0,008 g Kieselfluorkalium pro Liter Avirkte binnen 2 Tagen tödlich. In sehr kleinen Dosen dürften Fluoride bei Landphanerogamen als Wachstums- reiz wirken. Für den Tierorganismus nahm Gautier (4) an, daß das Fluor die Bindung des Phosphors in den Zellen sichern solle. Zur Bestimmung des Fluors in Pflanzenaschen kann die von Ost (5) angegebene Methode der Gewichtsabnahme von Glasplättchen durch An- ätzung dienen. §4. Die Resorption ungelöster Bodenbestandteile durch die Wurzeln. Ausscheidung von Substanzen durch die Wurzeln. Wechselbeziehungen zwischen den Pflanzen und dem Boden. Da die Wurzeln darauf angewiesen sind, ihre Nahrung aus dem Boden auf dem Wege der Endosmose durch Zellmembranen und Plasma- haut in das Innere der Zellen aufzunehmen, so müssen, wie Liebig seit 1840 hervorgehoben hatte, die zur Aufnahme bestimmten Stoffe in gelöstem Zustande geboten sein. Im Boden ist nun tatsächlich eine Lösung aller notwendigen Mineralstoffe vorhanden, allerdings in sehr verdünntem Zustande. Zahlreiche Drain- und Lysimeterwasseranalysen (6) haben gezeigt, daß 0,01—0,03% fester Rückstand in diesen Boden- lösungen gefunden wird, während wir sahen, daß Wasserkulturen in der 10 fachen Konzentration ihr bestes Gedeihen finden. Ist nun dieser Gehalt an Mineralstoffen, wie ihn die Pflanzen in der Bodenfeuchtigkeit vorfinden, zum Leben ausreichend? Bezüglich einiger wichtiger Mineral- nährstoffe besteht kein Zweifel, daß schon so außerordentlich große Ver- dünnungen hinreichen würden. Nach Ville(7) genügt ein Gehalt des Bodens von 4 Millionstel Teilen Phosphorsäure, um eine, wenn auch kümmerliche Vegetation von Weizen hervorzurufen, und welche Ver- 1) E. Zdarek, Ztsch. physiol. ehem., 6g, 127 (1910). Fluorgehalt der Zähne: Th. Gassmann, Ebenda, 55, 455 (1908); 6j, 397 (1909). — 2) P. Carles, Compt. rend., 144, 1240 (1907). — 3) G. Tammann, Ztsch. physiol. Chcm., 12, 323 (1888). Maze, Compt. rend., j6o, 211 (1915) hat sich gleichfalls für die Notwendigkeit des F bei der Entwicklung von Mais geäußert. — 4) A. Gautier, Compt. rend., jj*, 159 (1914). Soc. Biol., 76, 107 (1914). — 5) H. Ost, Ber. ehem. Ges., 26, 151 (1893). — 6) Vgl. z. B. N. H. J. Miller, Journ. Agr. Sei., j, 377 (1906). L. Lyon u. J. A. BizzELL, Journ. Ind. Eng. Chem., j. 742 (1911). — 7) G. Ville, Compt. rend., iii, 158 (1890). 522 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. dünnungen von Phosphorsäure noch wirksam sind, geht ferner aus den schon erwähnten Feststellungen von Schloesing hervor. Ähnlich liegt es auch für Kali. Es wäre dankenswert, diese Versuche für alle wichtigen mineralischen Nährstoffe fortzusetzen. Möglicherweise würden dieselben zum Resultate führen, daß auch solche Nährlösungen höchster Verdünnung bei passendem Mengenverhältnis der Bestandteile und bei möglichst freier Diffusion im Medium, so daß der Pflanze ein unbegrenztes Volumen der Nährlösung durch den diosmotischen Austausch zur Verfügung steht, vollkommBn entsprechen. Stehen nun aber die Erfahrungen an der Vegetation in Feld und Wald mit einer solchen ausschließlichen Be- deutung der im Boden gelösten Bestandteile als Nahrung im Einklänge? Es war ebenfalls Liebig, welcher sich zuerst darüber klar war, daß die Pflanzenwurzeln aktive lösende Tätigkeiten entfalten müssen, wenn die zu beobachtenden Veränderungen im Boden und Ernährungsverhältnisse zustande kommen sollen. Wir gelangen in der Tat durch Beobachtungen, Experimente und Überlegungen zur Einsicht, daß eine Anzahl direkter und indirekter Einwirkungen der Wurzeln auf ihr Substrat erfolgt, welche eine vermehrte Löslichkeit der Mineralstoffe in der die Wurzeln um- gebenden Bodenfeuchtigkeit bedingen, so daß wir von einer aktiven lösenden Rolle der Wurzeln im Boden sprechen dürfen. Es läßt sich nachweisen, daß Pflanzen aus unlöslichen Phosphat- gesteinen Phosphorsäure aufnehmen. Daubeny(I) erzog Gerste in ver- schiedenen Gesteinen, worin er keine Phosphorsäure nachweisen konnte, nachdem das Material zu feinem Sand verrieben war, und fand in der Ernte mehr Phosphorsäure als das Aussaatmaterial enthalten hatte. Lechartier (2) kultivierte Buchweizen in Sand aus Granit und Schiefer, welcher von löslichen Phosphaten frei war, und fand, daß kleine Mengen Phosphorsäure hieraus aufgenommen wurden. Doch ist nach den Ver- suchsergebnissen von Prianischnikow (3) und von Kossowitsch (4) die Befähigung zur Aufnahme unlöslicher Phosphate nicht bei allen Pflanzen- arten gleich gut ausgebildet. Gramineen z. B. bleiben bei Phosphorit- darreichung viel schwächlicher als Lupine und Fagopyrum, und Senf nützt Phosphorit sehr gut aus, während Linum dies viel weniger gut imstande ist. Schreiber (5) fand für die Majorität seiner Untersuchungs- objekte schwache Ausnutzung unlöslicher Phosphate. Hier hatte demnach der nach Schloesing stattfindende Übergang unlöslicher Phosphate in lösliche keinen genügenden Erfolg für die Ernährung der Pflanzen gehabt. Ravenna und Zamorani(6) heben hervor, daß Cruciferen (Sinapis alba) Tricalciumphosphat mehr ausnützen als Leguminosen und Gräser. Nach Mitscherlich (7) nützt Klee Thomasmehl um 20 % besser aus als Hafer. Auch Blanck(8) fand diese Überlegenheit von Leguminosen über die Gräser. A. Strigel(9) gibt dasselbe an. In der von ihm mitgeteilten Zahlentabel le war Heracleum Sphondylium am stärksten lösend wirksam, Dianthus deltoides und Lychnis 'Flos cuculi am wenigsten. Säuregehalt und Säureresistenz verschiedener Wurzeln verglich Aso(iO); 0,01 7o 1) Daubeny, Journ. prakt. Cham., 64, 457. — 2) G. Lechartier, Compt. rend., 108, 1058 (1884). — 3) D. Prianischnikow, Ber. dtsch. bot. Ges., 18, 411 (1900). — 4) Kossowitsch, Russ. Journ. exp. Landw. (1902). — 5) C. Schreiber, Rev. gön. agron. (1897). — 6) C. Ravenna u. M. Zamorani, Staz. Sper. Agr. Ital., 42, 389 (1909); vgl. auch G. Corso, Ebenda, 44, 309 (1911). Ann. Chim. Agr. Rom., 5, 123 (1912). — 7) E. A. Mitscherlich, Landw. Vers.stat., 81, 469 (1913). — 8) E. Blanck, Journ. Landw., 62, 129 (1914). — 9) A. Strigel, Landw. Jahrb., 43, 349 (1912). — 10) K. Aso, Flora, 100, 311 (1910). § 4. Die Resorption ungelöster Bodenbestandteile usw. 523 Citronensäure wurde sehr schädlich gefunden bei Spinacia, Sinapis, Pisum, etwas weniger bei Lupinus, Hordeum, Avena, Solanum tuberosum. Ob dies etwas mit dem Auf Schließungsvermögen zu tun hat, scheint mir sehr zweifelhaft. Liebig (1) lenkte zuerst die Aufmerksamkeit darauf, daß man häufig in Wiesen glatte Kalkgeschiebe findet, deren Oberfläche mit feinen Furchen netzartig bedeckt ist. Jede solche vertiefte Linie entspricht einer Wurzelfaser, gleichsam als ob sich diese in den Stein eingefressen hätte. NÖGGERATH (2) beobachtete, wie Luzerne, auf einem alten Toten- felde wachsend, Knochenstücke vollständig mit Wurzelfilz durchsetzt hatte. Sachs (3) zeigte aber in seinen berühmt gewordenen Versuchen, wie man auf glatt polierten Marmorplatten, welche in die Erde eines Blumentopfes schräg eingestellt wurden, nach mehr wöchentlichem Wachstum der darin angesäten Pflanzen künstlich ähnliche Korrosionsfiguren durch Pflauzen- wurzeln sehr schön erhalten kann. Am besten ist es nach dem Vorgange von Kny(4) schwarzen Marmor anzuwenden, welcher selbst die Wurzel- haare in feinster Kontaktätzung abbildet. Dadurch wird auch der Ein- wand, welchen Mulder (5) gegen die richtige Deutung dieser Er- scheinungen seitens Liebig geltend machte, daß nur die in Zersetzung übergehenden älteren Teile der Wurzeln die Furchen erzeugen, widerlegt. Diese Zerstörungen, welche anfangs in kaum sichtbaren Spuren der Wurzeln auf Gesteinsoberflächen bestehen, werden im Laufe der Zeit zu geologisch bedeutsamen Ereignissen, und „der Zahn der Zeit" ist in der Tat die unscheinbare Spur eines zarten Würzelchens. Sachs befaßte sich auch bereits mit der Frage, auf welche Art die Wurzeln diese lösenden Wirkungen zustande bringen, und betrat hierbei den richtigen Weg, indem er verschiedene Mineralien auf ihre Fähigkeit korrodiert zu werden, prüfte. Ebenso wie auf Marmor, wurden die Ätzungen auf Platten aus Dolomit, Magnesit und Osteolith beobachtet, Silicate zeigten jedoch keine Korrosionen; auf Gipsplatten wurde der Wurzelverlauf durch erhabene Linien gekennzeichnet, da die eng- an geschmiegten Wurzeln den Gips gegen die Lösung durch die Boden- flüssigkeit schützten. Die Mineralien, bei denen nun Sachs Korrosion fand, sind sämtlich in kohlensäurehaltigem Wasser löslich. Nach den Angaben bei Knop(6) ist erforderlich zur Lösung je eines Gewichtsteiles des Minerals an koh'lensäuregesättigtem Wasser: für Apatit 393000, für gefälltes neutrales Calciumphosphat 1503, für basisches Calciumphosphat 1102, für gebrannte Knochen 2823, für Elfenbeinspäne 5620, für Calciumcarbonat 10600 Teile Wasser. Zahlreiche andere Daten sind bei Mulder (7) zusammengestellt. Sachs selbst äußerte sich bezüglich der Rolle der Kohlensäure bei der Lösung von Gesteinen sehr vorsichtig. Bestimmter lauten die Angaben von Reinke(8) in späterer Zeit, und in der Tat läßt es sich experimentell wahrscheinlich machen, daß die 1) J. Liebig, Lieb. Ann., 105, 109 (1858). — 2) J. Nöggerath, Westermanns ill. Mon.hefte (1859), Nr. 35, zit. von Nobbe, Landw. Vers.stat., 4, 216 (1862). — 3) J. Sachs, Bot. Ztg. (1860), p. 117. Exper.physiologie (1865), p. 188. — 4) L. Kny, Sitz.ber. Ges. Nat.forsch. Freunde Berlin (1896), Nr. 7. Moosrhizoiden üben nach H. Paul, Englers bot. Jahrb., 32, 231 (1903), keine korrodierenden Wirkungen aus. — 5) Mulder, Chemie d. Ackerkrume, 2, 270 (1862). — 6) W. Knop, Kreislauf des Stoffes (1868), r, 179. — 7) Mulder, Chemie der Ackerkrume, i, 516, 198. — 8) J. Reinke, Lehrb. allg. Bot. (1880), p. 467. Vgl. aber auch Knop, 1. c, p. 659. 524 Siebenundfünfzigstes Kapitel : Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. von den Wurzeln produzierte Kohlensäure beim Zustandekommen der Korrosionen den Hauptanteil besitzt (1). Wenn man feinstes gebranntes Gipsmehl mit dem gleichen Gewichte anderer wasserunlöslicher Verbindungen: Carbonate oder Phosphate von Ca, Mg, Fe und AI, und Wasser zu einem dicken Brei anrührt und diesen Brei auf einer Spiegelglasplatte erstarren läßt, so erhält man glatte, zu Korrosions versuchen gut geeignete Platten, deren Löslichkeit in verschiedenen Säuren bestimmt und ausgewählt werden kann. So konnte gezeigt werden, daß alle jene Platten, die aus einem in COg- reichem Wasser merklich löslichen Stoffe bestehen (Carbonat von Ca, Mg, Fe, Phosphate derselben Metalle) auch von Wurzeln korrodiert werden, während das in COj gesättigtem Wasser unlösliche, aber in HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4, Oxalsäure, Weinsäure, Äpfelsäure, Citronensäure und Milchsäure lösliche Aluminiumphosphat von W^urzeln nicht angegriffen wird. Außer in CO2 ist aber Tonerdephosphat auch in Essigsäure und Propionsäure sehr wenig löslich. Diese beiden Fettsäuren geben jedoch noch in großer Verdünnung Bläuung mit Kongorot, während Wurzeln keine blauen Spuren hinterlassen, wenn sie an Gipsplatten, die mit Kongorot gefärbt wurden, hinwachsen. Somit dürften auch diese Säuren als Ursache der Korrosionen nicht in Betracht kommen, und es ist am wahrscheinlichsten^ daß die Kohlensäure die Hauptrolle bei den Lösungs- vorgängen spielt. Jedenfalls ist aber bei der Übertragung dieser Er- fahrungen auf die Verhältnisse im Boden Vorsicht geboten. Wenn in den Sandkulturen 'von Prianischnikow (2) auch Aluminiumphosphat als P04-Quelle für die Wurzeln dienen konnte, so muß dies nicht durch Säuren vermittelt werden, die seitens der Wurzeln erzeugt werden, sondern es wäre erst festzustellen ob nicht Pilze und Bacterien als Säure- produzenten tätig sind. Ebenso ist es für die von Kunze (3) heran- gezogene Mitwirkung von organischen Säuren bei der Aufschließung des Bodens kritischer zu untersuchen, als es bisher geschehen ist, ob solche Säuren tatsächlich von den Wurzeln stammen. Geringe Mengen von organischen Säuren können bei den erwähnten Gipsplattenversuchen über- sehen werden. Stoklasa und Ernest(4) legten gleichfalls auf die Kohlensäure- wirkung das Hauptgewicht und betonen die große Atmungsenergie des Wurzelsystems. In 24 Stunden kamen auf 1 g Wurzeltrockensubstanz bei Roggen 100,7 bis 131 mg, bei Hafer 111,5 bis 135,4 mg CO,. Aber- SON (5) prüfte die Säurewirkung der Wurzelausscheidungen mittels der Gaskettenmethode und fand so geringe Werte für die Wasserstoffionen- konzentration, daß nur CO2 in den Schleimhüllen der Wurzelhaare in Betracht kommen kann. Von landwirtschaftlicher Seite wurden aber wieder Bedenken geäußert, ob nur COj-Gehalt der die Wurzeln um- gebenden Imbibitionsflüssigkeit die Erscheinung der Bodenaufschließung erklären könne (6). In der Tat wird im natürlichen Boden diese COg- Wirkung nicht der einzige aufschließende Faktor sein, da besonders die Bodenorganismen wesentlich mitwirken können. Allerdings darf man die 1) F. Czapek, Jahrb. wiss. Bot., 29, 321 (1896). — 2) D. Prianischnikow, Bei. dtsch. bot. Ges., 22, 184 (1904). — 3) G. Kunze, Jahrb. wiss. Bot., 42, 367 (1906). — 4) J. Stoklasa u. A. Ernest, Ebenda. 46, 55 (1908). Vgl. auch A. R. Haas, Proc. Nat. Acad. Sei., 2, 561 (1916). — 5) J. H. Aberson, Ebenda, 47, 41 (1909); Med. Rijks Hoog. Land-Tuin-en Boschb. I. Wageningen 1908. Versuche mit Phenol- sulfophthalein als Indicator: A. R. Haas, Procced. Acad. Nat. Sei. Washington, 2, 561 (1916). — 6) Th. Pfeiffer u. E. Blanck, Landw. Vers.stat., 77, 217 (1912). E. A. MiTSCHERLiCH, Landw. Jahrb., jg, 157 (1909). § 4. Die Resorption ungelöster Bodenbo8tandtoile usw. 525 Wirkung COj-gesättigten Wassers nicht schlechthin mit dem Wurzeleffekt ver- gleichen, da die unter hohem Drucke stehende adsorbierte CO, in den Schleim- membranen der Wurzel voraussichtlich viel energischer Reaktionen verursacht. Die COj-Produkdon der Wurzeln war schon älteren Forschern (1) aufgefallen. Wiegmann und Polstorf hatten dieselbe in einfacher Weise dadurch nachgewiesen, daß sie Wurzeln einige Stunden in neutraler Lackmuslösung wachsen ließen, worauf sich Rotfärbung einstellte, die durch Kochen leicht zum Verschwinden gebracht werden konnte. Auch Entfärbung von sehr schwach alkalischer, mit Phenolphthalein rot ge- färbter Flüssigkeit durch Wurzeln beruht nur auf der COg-Ausscheidung. Neuere Versuche von Coupin (2) scheinen zu zeigen, daß diese Säure- bildung nicht an den Wurzelhaaren, sondern an der Wurzeloberfläche selbst, besonders bei beschädigten Rindenzellen, intensiv ist, was gleich- falls für die Atmungskohlen säure als Ursache spricht. Knop (3) be- richtete über eine Reihe von quantitativen Bestimmungen der von Wurzeln abgegebenen COj, die bei einer Maispflanze von 90 cm Höhe in 24 Stunden zwischen 0,201 und 0,558 g COg bei gewöhnlicher Temperatur betrug, während eine kräftig wachsende Bohnenpflanze in 12 Nachtstunden zwischen 0,020 und 0,076 g COj erzeugte. Bei normal im Boden vegetierenden Wurzelsystemen dürften voraussichtlich bedeutend höhere Zahlen erreicht werden. Da in der Imbibitionsflüssigkeit der schleimigen Membranschichten der Wurzelhaare, die mit den Boden- partikeln in so innigem Kontakte stehen, die COj unter hohem Drucke durch die Oberflächenverdichtung stehen muß, so dürfte die eneichbare Wasserstoffionenkonzentration wohl mit schwächeren organischen Säuren vergleichbar sein. Durch diese Tatsachen und Experimente ist nachgewiesen, daß die Pflanzenwurzeln durch vitale Prozesse die Löslichkeit der mit ihnen in Kontakt stehenden Bodenteilchen vermehren und aktive Lösungsprozesse verursachen. Erklären nun aber alle diese Ergebnisse den kolossalen Einfluß der Vegetation auf den Boden? In älterer und neuerer Zeit begegnen wir diesbezüglich berechtigten Zweifeln. Schon Liebig (4) machte geltend, daß wir durch Auslaugen des Bodens mit kohlensäure- reichem Wasser nur verschwindende Bruchteile derjenigen K undPaOg- Menge zu entziehen vermögen, welche sich die Pflanzen zunutze machen können. Auch Dietrich (6) fand, daß aus Buntsandstein- und Basalt- böden durch die Vegetation bedeutend mehr Bestandteile entzogen wurden, als bloße Verwitterung in lösliche Form zu bringen vermag. In neuerer Zeit begegnet man am häufigsten der Vorstellung, daß die Wurzeln außer COj auch noch stärkere Säuren produzieren, welche kräftig aufschließende Wirkung auf unlösliche Materialien besitzen. Welche Berechtigung hat nun diese Ansicht? Bei seinen Versuchen, elektrochemische Kräfte in Pflanzen nach- zuweisen, entdeckte 1833 Becquerel(6), daß alle Keimwurzeln, auf angefeuchtetes neutrales Lackmuspapier gelegt, die Eigenschaft haben, 1) J. Murray, zit. bei Treviranus, Physiologie, II, 111; A. J. Wiegmann sen., Jahresber. über d. Result. d. Arb. physiol. Bot. v. Meyen 1834. — 2) Knop, Kreis- lauf des Stoffes, /, 660. — 3) H. Coupin, Compt, rend., 165, 564 (1917). — 4) Liebig, Die Chemie in ihrer Anwendung usw., 7. Aufl., II, 108 (1862). — 5) Dietrich, zit. bei A. Mayer, Agrik. Chem., II, i (Bodenkunde), 4, Aufl., p. 58 (1895)". Gesteinzersetzung: Lemmermann, Einecke u. Fresenius, Landw. Vers.stat., 89, 81 (1916), Haselhoff u. Isernhagen, Landw. Jahrb., 50, 116 (1916). — 6) Bec- querel, Ann. Chim. et Phys. (2), 52, 240 (1833). Lieb. Ann., 8, 92 (1833); Archiv, de Bot., I, 400 (1833). 526 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. dasselbe an den Berührungsstellen lebhaft und dauernd rot zu färben. Zweifellos ist hier Kohlensäure nicht die Ursache, und wie ich (1. c. 1896) dargelegt habe, wurde irrigerweise lange Zeit hindurch diese Erscheinung mit der durch COj, verursachten Gesteinskorrosion zusammen auf eine gemeinsame Ursache bezogen. Becquerel meinte, es handle sich um Essigsäure; andere Autoren, wie Sprengel (1), ließen die Natur der Säure unbestimmt; Boussingault(2) nahm an, es dürfte Milchsäure vorliegen. Aber sowohl die Ansicht von Becquerel, welcher sich später OuDEMANS u. Rauwenhoff (3), LiEBiG (4), sowie ScHOOR (5) ange- schlossen haben, wie die letzterwähnte Meinung ist nicht zutreffend, wie schon 1862 durch Schulz (6) nachgewiesen worden ist. Dagegen gelang es Goebel(7) in neuerer Zeit tatsächlich eine organische Säure, näm- lich Ameisensäure, in der Kulturflüssigkeit von Lepidium und Hordeum- keimlingen aufzufinden, was ich vollständig bestätigt fand. Allein diese Ameisensäure stammt nicht von den Wurzelhaaren, welche vorzugsweise die Lackmusrötung hervorrufen, sondern von den sich abschülfernden Wurzelhaubenzellen und entsteht wohl durch sekundäre Zersetzungsprozesse. Auch scheint nicht freie Ameisensäure, sondern ein Alkalisalz derselben vorzuliegen. Wenn man die Wurzelhaare und die Wurzelspitze zwischen blauem Lackmuspapier zerdrückt, zeigt sich bei den ersteren eine deut- lich stärker saure Reaktion. Wenn man die rotgefärbten Partien des Lackmuspapieres mikrochemisch untersucht, so ergibt sich sehr allgemein ein positiver Ausfall der Proben auf Kali und PO4. So kam ich zur Ansicht, daß diese roten Flecken von Dihydrokaliumphosphat herrühren, welches in den Wurzelhaarmembranen zugegen ist. Aber auch in der Kulturflüssigkeit von Keimlingen, die frei in Wasser eintauchten, so daß Verletzungen der Wurzelhaare, wie sie beim Abnehmen der Wurzeln vom Lackmuspapier entstehen müssen, ausgeschlossen sind, kann man K und PO4 nachweisen. Mit den Tröpfchen, welche man im feuchten Räume regelmäßig als Ausscheidung der Wurzelhaare beobachten kann, wurde allerdings keine saure Reaktion erhalten. Man darf daran zweifeln, ob diese Versuche zur Lösung der Säure- wirkung durch Wurzeln im Boden herangezogen werden können (8). Wenn man keimende Samen verwendet, so ist in der Wurzel sicher K und PO4 im Überschuß vorhanden, da diese Stoffe reichlich aus dem Nährgewebe zuströmen. Versuche mit älteren Wurzelsystemen liegen aber nicht vor. Bezüglich solcher Wurzeln ist darauf aufmerksam zu machen, daß Beweise für Exosmose von Aschenstoffen, sobald die Außenlösung genügend verdünnt ist, vorliegen (9). Diese Erschei- 1) C. Sprengel, Lehre vom Dünger (1839), p. 23. — 2) J. B. Boussingault, Die Landwirtsch. in ihrer Beziehung zur Chemie, dtsch. von Graeger, 2. Aufl. (1851), I, 24. — 3) A. C. OuDEMANS u. Rauwenhoff, Linnaea, 30, 220 (1869—60). — 4) Liebig, 1. c, II, 7. Auch Mercadante u. Colosi, Ber. ehem. Ges., 8, 442 (1876). — 5) W. K. ScHOOR, Just (1878), I, 647. — 6) M. Schulz, Journ. prakt. ehem., 87, 129 (1862). — 7) Goebel, Pflanzenbiol. Schilderungen, II, 211 1891). Über die Bestimmung: Czapek, 1. c, p. 336. A. Lieben, Sitz.ber. Wien. Ak., 102, IIb, 717 (1893). — 8) Die Bestimmung der Acidität von Wurzelsäften wurde öfters von den Agrikulturchemikern zu diesem Zwecke herangezogen; vgl. Kappen, Landw. Vers.stat., gi, 1 (1918); 93, 136.(1919). Über die Bodensäure: Mc Intire, Journ. Ind. Eng. Chem., 8, 672 (1916). A. Stutzer, Fühlings landw. Ztg., 66, 131 (1917). 9) P. Mazä, Compt. rend., .152, 462 (1911). Ann. Inst. Pasteur, 25, 706 (1912), R. H. True u. H. Bartlett, U. S. Dept. Agr. Bur. Plant. Industr. Bull. 231 (1912). J. PouGET u. D. ScHuscHAK, Journ. Opitn. Agron., 13, 823 (1912). Über die Säurebildung durch Wurzeln in Salzlösungen und lonenadsorption: H. V. John- son, Amer. Journ. of Bot., 2, 250 (1916). § 4. r)ie Resorption ungelöster Bodenbestandteile usw. 527 nung hat Deleano(I) als „negative Wanderung" der Aschenstoffe be- schrieben. Übrigens soll sich nach Maz6 (2), dessen Angaben von Schulow (3) bestätigt werden, in den Wurzelausscheidungen auch Zucker und Äpfel- säure finden. Zugunsten der Ansicht, daß organischen Säuren eine wesentliche Rolle bei der Aufschließung der Bodenbestandteile zukommt, äußern sich auch Pfeiffer und Blanck(4). Säurewirkungen können auch ohne Sekretion durch chemische Um- setzungen zustande kommen. Doch sind hierüber größtenteils noch die Sicherheiten durch physikochemische Tatsachen zu schaffen. Dies gilt vor allem von der Wiederholt aufgestellten Behauptung, daß durch elektive lonenaufnahme und Rückbleiben der Anionen von Mineralsalzen Säure- effekte verursacht werden. Auch in der Tierphysiologie stehen wir vor demselben Problem der Säurebildung (5). Ganz analog könnten durch lonenadsorption Säurewirkungen erreicht werden. Von Rauten- berg und KÜHN (6) ist angegeben, daß Wurzeln von Mais und Bohne in NH^Cl-Lösung im Laufe einiger Tage saure Reaktion erzeugten; bei (NH4).2S04, Nitrat- und Phosphatdarreichung erfolgte keine Ansäuerung. In dieser Form ist das Resultat sicher nicht immer zutreffend. Für Ammoniumsulfat ist jedoch von verschiedenen Forschern(7) eine bestimmte aufschließende Wirkung, die kaum anders als durch Rückbleiben der Sulfat- ionen zu verstehen ist, sehr wahrscheinlich gemacht worden. Ob nun diese „physiologisch-sauren Salze" durch direkte Vermittlung der Zell- tätigkeit der Wurzeln oder durch Adsorbentien des Bodens oder durch andere Wege ihre Wirkung äußern, bleibt noch zu untersuchen. In den Bereich der in Rede stehenden Erscheinungen gehört es auch, daß in Schimmelpilzkulturen die mit Weinsäure angesäuert wurden, nachNÄGELi{8) die Reaktion neutral wird, bei Asparagin-Nährlösung sogar schwach alkalisch werden kann. In der von Kohn(9) geäußerten Form dürfte die Theorie der Säurebildung durch Umsetzung im Substrate kaum aufrecht zu halten sein. Die ältere von Liebig und Zöller (10), ferner von Emmerling(II) über die Natur der Säurewirkung der Wurzeln im Boden läuft nur teilweise auf die Heranziehung chemischer Umsetzungen im Substrate hinaus, und setzt voraus, daß im Zellinhalte der Wurzelhaare eine saure Lösung vorhanden ist, welche im freien diosmotischen Austausche mit den Salzen des Bodens treten kann. Ist von dieser verdünnten schwach sauren Zellflüssigkeit ein verhältnismäßig großes Volumen in Aktion, so können mit der Zeit ansehnliche Mengen unlöslicher Bodensalze umgesetzt werden. Füllt man ein Trichterrohr mit Wasser, welchem einige Tropfen einer schwachen Säure zugesetzt wurden, und überbindet dasselbe mit feuchter 1) N. T. Deleano, Inst. Bot. Univ. Genöve (7), jp, |(1907). Vgl. ferner: Greisen- EGGER, u. VoKBUCHNER, Öst.-Ung. Ztsch. Zuck.Ind. 4y, 82 (1918). — 2) P Maze, Ann. Inst. Pasteur, 25, 705 (1912). — 3) Iw. Schulow, Ber. bot. Ges., jj, 97 (1913). — 4) Th. Pfeiffek u. E. Blanck, Landw. Vers.stat., 77, 217 (1912). — 5) Vgl. H. Danneel, Pflüg. Arch., 114, 108 (1906). H. Dreser, Hofmeisters Beitr., 8, 285 (1906). — 6) F. Rautenberg u. G. Kühn, Landw. Vers.stat., 6, 365 (1864). Vgl. ViNES, Lectures on the Physiol. of Plants (1886), p. 55. — 7) R. Perotti, Atti Acc. Line, (5), /;, I, 448 (1908). K. Aso, Journ. Coli. Agr. Tokyo, i, Nr. 2. p. 223 (1909). Iw. Schulow, Ber. bot. Ges., 31, 97 (1913). — 8) C. v. Nägeli, Sitz.ber. kgl. bayr. Akad. München, 3. Mai 1879, p. 308. — 9) R. Kohn, Landw. Verä.stat., 52, 315 (1899). Hierzu F. Czapek, Ebenda, p. 467. C. Montanari, Staz. Sper. Agr. Ital., 77, 806 (1904). — 10) Ph. Zöller, Landw. Vers.stat., 5, 40 (1863). Schumacher, Ebenda, 4, 270 (1862). — 11) A. Emmerling, Ber. ehem. Ges., 10, 650 (1877). 528 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. Tierblase, so werden sehr bald nach Auflegen eines Stückchens Ca- oder Mg-Phosphat, CaCOg usw. die Reaktionen auf Ca, Mg, PO4 in der Flüssig- keit im Rohr erhalten. Kann sich hierbei, wie bei der Diosmose von Oxalsäure gegen CaCOg, ein unlösliches Salz bilden, so verlaufen die Vorgänge der Lösung besonders beschleunigt. Es wurde bereits mehrfach auf die Möglichkeit hingewiesen, daß Bildung von Fettsäuren aus Kohlenhydraten und Eiweißstoffen durch Bodenmikroorganismen, wie in der Milchsäuregärung, Buttersäuregärung u. a. derartigen Prozessen, bei der Aufschließung unlöslicher Boden- mineralien eine wichtige Rolle spielt. Schon Mulder (1) deutete solche Eventualitäten allgemein an. Doch läßt sich die Tragweite dieser Vor- gänge noch nicht genügend scharf beurteilen. Dabei können selbst die von der Wurzel abgestoßenen toten Zellen für Bacterien ein Nähr- substrat abgeben. Aus dem Vorgeführten mag man ermessen, wie groß die Sicher- heit ist, welche den Schlüssen zukommt, die man aus dem am Zellsafte der Wurzeln ermittelten Aciditätsgrad auf die Assimilierbarkeit un- löslichen Bodenbestandteile gezogen hat. Mit einer Säure von annähernd der gleichen Acidität (1 oder 2% Citronensäure), 1% HCl suchte man die Löslichkeit von Ca, Mg und besonders PO4 des Bodens zu ermitteln (2). Nach Wyatt(3) vermögen Pflanzen Ca und Mg noch aus Sand zu ge- winnen, der mit starker Salzsäure extrahiert wurde. Die Ansicht, daß Eisensalze (Eisentartrat) die Hauptwirkung bei der Aufschließung der unlöslichen Bodenbestandteile ausüben, wie Poulet(4) wollte, wird durch nichts bewiesen. Nach Maze (5) wäre es möglich, daß Gewächse, welche von Silicat- boden stammen, bei einer Verpflanzung oder Ansaat auf Kalkboden, welcher eine viel geringere H -Konzentration der Bodenflüssigkeit besitzt, nicht genügend saure Wurzelsekrete besitzen, um hinreichende Mengen der unlöslichen Mineralbestandteile des Bodens sich zu erschließen. Da zu den letzteren auch das Eisen zählt, so kann es nach Maze zu Er- scheinungen der Chlorose auf diesem Wege kommen. Zu gedenken ist auch der relativ wenig untersuchten Aufschließung von Silicatgesteinen durch Wurzeln, die theoretisch gleichfalls durch lange fortgesetzte Einwirkung der kohlensäuregesättigten Imbibitionsflüssigkeit der Wurzelhaar-Zellmembranen möglich ist. Die Kaolinisierung von Lava- felsen durch Wurzeln hat de Angelis d'0ssat(6) studiert; die Wirkung auf Sandstein findet sich bei Blanck(7) behandelt. Kommen nun andere „Wurzelausscheidungen" als Säuren bei der Aüfschließung unlöslicher Bodenbestandteile und überhaupt für die Wirkung der Vegetation auf den Boden in Betracht? In älterer Zeit spielten die Wurzeln in ihrer Bedeutung als Ausscheidunsgorgane eine große Rolle. Es war 1768 zuerst der anonyme Verfasser (S. Simon) 1) Mulder, Versuch, ein. physiol. Chemie (1844), p. 703. — 2) B. Dyer, Journ. Chem. Soc. (1894), p. 115; A. D. Hall u. Plymen, Proc. Chem. Soc, 17, 239 (1901); Berju, Landw. Vers.stat., 55, 19 (1901). Sjollema, Chem.-Ztg., 25, 311 (1901). A. D. Hall u. A. Amos, Journ. Chem. Soc, 89, 205; Proc. Chem. Soc, 22, 11 (1906). Pflanzensäuren u. Phosphate: A. Quartaroli, Staz. Sper. Agr. Ital, 38, 83 (1904); Pfeiffer, Blanck, Simmermacher u. Rathmann, Landw. Vers.stat., 86, 339 (1915). — 3) F. A. Wyatt, Journ. Agr. Res. Washingt., 6, 689 (1916). — 4) V. Poulet, Compt. rend., 123, 366 (1896). — 5) P. Maze, Ruot u. Lemoigne, Compt. rend., 157, 496 (1913). Ann. Inst. Pasteur, 27, 1093 (1914). — 6) G. DE Angelis d'Ossat, Atti Acc. Line. Rom., (6), 19, I, 164 (1910). — 7) E. Blanck, Landw. Vers.stat., 77, 129 (1912). § 4. Die Resorption ungelöster Bodenbestandteile usw. 529 der Schrift „Des Jacinthes", welcher solche Anschauungen äußerte. Später führte Brugmans(1) eingehend aus, wie besonders des Nachts durch die äußersten Enden der Würzelchen Säfte äuströpfelten, welche den be- nachbarten Pflanzen teils schädlich, teils nützlich seien. Da bedeutende Männer, wie A. v. Humboldt (2), sich dieser Theorie anschlössen, ge- wannen solche Ideen viel Verbreitung. Senebier(3) brachte die an den Wurzeln im feuchten Räume erscheinenden Tröpfchen mit der Aus- scheidungslehre in Zusammenhang. Sp'äter vertraten Plenk(4) und ganz besonders Macaire Prinsep(5) die Lehre von den Wurzelexkreten, ja Gasparrini (6) wollte sogar gesehen haben, wie sich die Wurzelhaare durch einen Deckel öffnen, um das Sekret zu entleeren. Seit Cotta(7) taten zahlreiche Forscher, vor allem Walser, Mohl, Link, Meyen(8) dar, daß die sogenannten „Wurzelausscheidungen" vieler Autoren nur die in regressiver Metamorphose begriffenen, verquollenen, abgestoßenen Wurzelhaubenzellen waren, und die von Brugmans vermuteten „Feind- schaften" und „Freundschaften" der Pflanzen sich bei näherer Beobachtung nicht bewahrheiten. Was sich über Exosmose und Endosmose an Wurzeln sagen läßt, hat bereits Boussingault (9) zu- treffend zusammengefaßt. Nun finden sich aber wertvolle Aschenstoffe mit organischen Substanzen zusammen in den pflanzlichen und tierischen Resten im Boden, welche im Humifikationsprozesse begriffen sind. Sind die Wurzeln der Phanerogamen imstande, sich diese Substanzen direkt durch aktive Wirkungen zugänglich zu machen, oder sind sie ganz auf die werktätige Mithilfe der Bodenbacterien und Pilze, auf die mikrobischen Mineralisierungsprozesse angewiesen? Es hat derzeit den Anschein, als ob vorwaltend letzteres der Fall wäre. Molisch (10) hat der Idee Aus- druck verliehen, daß die Pflanzen wurzeln oxydierende und reduzierende Wirkungen auf ihr Substrat ausüben, aber auch amylolytische und Invertasenwirkungen entfalten. Die als Kaliumpermanganatreduktion angegebene Braunfärbung der Wurzeloberfläche in sehr verdünnter KMnO^-Lösupg wurde schon von Sachs (11) beobachtet und richtig auf die Abwesenheit einer undurchlässigen Cuticula bei Wurzeln bezogen. Wahrscheinlich hängt diese Erscheinung teils mit der Produktion von Ameisensäure, dann aber überhaupt mit der Reaktion zwischen den Zell- 1) Brugmans, De mutata humorum in regno organico indole, 1786. Das oft wiederkehrende Zitat „De Lolio ejusdemque varia specie" (1785) ist wohl auf Hum- boldt zurückzuführen. Eine Schrift „De Lolio" ließ sich nicht auffinden. Vgl. Treviranus, Physiologie, II, 116. — 2) A. v. Humboldt, Aphorismen a. d. ehem. Physiol. d. Pflanzen (1794), p. 116. Vgl. jedoch p. 184 die Bemerkungen von Hed- wig. — 3) J. Senebier, Physiol. v6g6t., I, 315. — 4) J. Plenk, Physiol. u. Pathol. d. Pfl. (1801), p. 67. — 5) Macaire Prinsep, Ann. Chim. et Phys. (2), 52, 225 (1833); Lieb. Ann., 8, 78 (1833). Decandolle, Physiologie, I, 218 (1833). Chatin, Bot. Ztg. (1847), p. 782. — 6) Gasparrini, Ebenda (1867), p. 773; Ricerche sulla Natura dei Succiatori (1866). — 7) H. Cotta, Naturbeobachtungen über Beweg, u. Funkt, d. Saftes (1806), p. 47. — 8) E. Walser, Dissert, Tübingen (1838); Mohl, Pflanzenzelle, p. 96. Link, Grundlehr. d. Anat. u. Physiol. (1807).. p. 136; Flora (1848), p. 691; Cauvet, Ann. Sei. Nat. (4), 15, 320 (1861); Meyen, Neues Syst. d. Pfl.physiol., II, 625 (1838). Mulder, Physiol. Chem. (1844), p. 680. — 9) Boussingault, Agronomie usw., V, 308. Daran kann auch vorläufig die Unter- suchung von Osw. Schreiner u. H. S Reed, U. S. Dept. Agr. Bur. of Soils Bull., Nr. 40. Washington 1907, in der die Produktion toxischer Wurzelcxkrete neuerdings behauptet wird, etwas ändern, da bestimmte Stoffe noch nicht isoliert worden sind. Kohle soll diese Giftstoffe adsorbieren: Appleyard, Intern, agr.techn. Rdsch., 6, 1259. Vgl. auch Molliard, Rev. g^n. Bot., 27, 289 (1915). — 10) H. Molisch, Sitz.ber. Wien. Ak., 96, I, 86 (1887). — 11) J. Sachs, Landw. Vers.stat., 2, 24 (1860). C z a p e k , Biochemie der Pflanzen. 3. Aufl., II. Bd. 34 530 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. membransubstanzen und dem Permanganat zusammen. Die von Molisch aufgefundene Bläuung von Guajacharzemulsion durch Wurzeln dürfte auf Oxydasen zurückzuführen sein; sie tritt nicht ein, wenn man auf das sorgfältigste Verletzungen der Wurzeln vermeidet (Czapek I. c. 1896). Das letztere gilt ebenso von den diastatischen, invertierenden und proteo- lytischen Wirkuogen an der Wurzeloberfläche. Auch Duclaux (1) konnte hinsichtlich einer Enzymproduktion durch Wurzeln nur zu ne- gativen Ergebnissen gelangen, während Schreiner u. Reed (2) die Anschauung, daß tatsächlich Oxydasensekretion durch die Wurzelhaare stattfinde, neuerlich vertreten haben. Daß die von den Humusstoffen der Ackererde gebundenen Mineral- stoffe besondere Bedeutung als Nährstoffe für die Wurzeln haben, hat Eggertz{3) angenommen, ohne völlig überzeugende Argumente hierfür beizubringen. Ob die von Tavernier(4) an Citrus- und Punicawurzeln beob- achteten „Ausscheidungen" von Gips und CaCOg normale Bildungen waren, ist mir zweifelhaft. Eine Reihe wichtiger Wechselwirkungen zwischen Wurzel und Boden fällt außerhalb des engeren- Rahmens der „Biochemie". Dahin gehören die mechanischen Wirkungen, welche die Wurzeln durch ihr Längen- und Dickenwachstum ausüben, und die imstande sind, Ritzen im festen Gestein zu erweitern, ja Felsen zu sprengen, und so die Kontakt- fläche der Bodengesteine mit der umspülenden Flüssigkeit zu vergrößern. Atterberg (5) hat in einer interessanten Untersuchung gezeigt, welche Grenzen die Größe der Bodenkörner dem Eindringen der Wurzeln setzt. Für die Wurzelhaare von Weizen, . Roggen und Gerste, deren mittlerer Durchmesser 8 fx beträgt, war das Eindringen zwischen die Boden- partikel eben noch möglich, wenn deren Diameter 20—30 /t betrug. Aber auch die Vermehrung der humusbildenden pflanzlichen Reste, welche durch ihren kolloiden Charakter dem Boden eine Reihe der alier- wesentlichsten Eigenschaften verleihen, mit der hierdurch bedingten An- siedelung von Bodenmikroben der verschiedensten Wirkungsart, gehört mit zu den Wirkungen der Vegetation auf den Boden, welche im Laufe der Zeit den Fels urbar machen. Das Gestein trocknet, von der dünnen Humusschicht bedeckt, nicht mehr völlig aus, wird fortdauernd an seiner Oberfläche ausgelaugt, die Bodenmikroben beteiligen sich selbst am Umsatz der gelösten Mineral Stoffe. Die Untermischung mit organischen Kolloiden verleiht dem Boden seine Eigenschaften als „Humusboden": die wasserhaltende Kraft, die Fähigkeit Basen adsorbiert zu halten, und erhält dauernd die Möglichkeit einer guten gleichmäßigen Durchlüftung (6). 1) E. Duclaux, Compt. rend., loo, 66 (1886). — 2) Osw. Schreiner u. H. S. Keed, U. S. Dept. Agr. Bur. of Soils. Bull., Nr. 66. Washington 1909). — 3) C. G. Eggertz, Chem. Zentr. (1889), I, 343. — 4) Tavernier, Bull. Soc. Bot. Fr., 37, 48 (1890). Über Verkalkung hei Wurzeln: J. Grijss, Ber. deutsch, bot. Ges., 37. 631 (1919). — 5) A. Atterberg, Koll.chem. Beihefte, 6, 66 (1914). Die physikal. Verhältnisse der Mineralstoff auf nähme behandelt Ramann, Landw. Vers.stat., 88, 359 (1916). — 6) Bodcnkolloide: P. Ehrenberg, KoU.ztsch., j, 193 (.1909); Die Bodenkolloide, 2. Aufl, Dresden 1918. Bestimmung der äußeren Bodenoberfläche: E. A. MiTSCHERLicH, ScHEFFLER u. Floess, Landw. Jahrb., 40, 646 (1911); Feinheit und Nährstoffverteilung: Puchner, Landw. Vers.stat., 66, 463 (1907); Humusbildung: S. Suzuki, Bull. Coli. Agr. Tokyo, 7, 96 (1906); Humus-PO«: J. Dumo*nt, Compt. rend., 143, 186 (1906); G. S. Fraps, Amer. Chem. Journ., J9, 679; Abspaltung von Mineralstoffen aus Pflanzenresten: S. Krawkow, Russ. Journ. exp. Landw., 9, 669 (1909). Adsorption im Boden: F. K. Cameron u. H. E. Patten, Journ. physic. Chem., II, 681 (1908); J. E. Harris, Ebenda, 18, 366 (1914); Truoq u Sykora, Anhang: Methodische Hinweise. 531 Alle diese Faktoren begünstigen ihrerseits wieder das Gedeihen der Wurzeln und deren aufschließende Tätigkeit, und so schließt sich dieser Kreis, der so reich an wechselvollen Erscheinungen uns eine un- erschöpflich reiche Quelle der bedeutsamsten biologischen Probleme darstellt. Anhang: Methodische Hinweise. Es kann hier nicht unsere Aufgabe sein, die Methoden des Nachweises und der Bestimmung der Aschenstoffe pflanzlicher Materialien in extenso darzustellen. Begründet sind die meisten der bis zum heutigen Tage all- gemein angewendeten Bestimmungsmethoden von Liebig selbst und seinen Schülern, welche den Anstoß dazu gaben, möglichst zahlreiche Erfahrungen über die Aschenbestandteile der Gewächse zu sammeln. Die trefflichen methodologischen Arbeiten von Heintz, Rose, Strecker, Will und Fre- senius (1), welche um das Jahr 1850 herum die Wissenschaft bereicherten, waren das beste Zeugnis dafür, auf wie fruchtbaren und wohlvorbereiteten Boden diese Anregungen fielen, und als Denkmal dieser Zeit mögen wir die Sammlung der vielen tausend Aschenanalysen ansehen, welche Wolff in außerordentlich sorgfältiger Arbeit zusammengestellt hat und welche die Zeit bis 1880 umfassen. Eine genaue Darstellung der Methoden findet man außer in den rein analytisch-chemischen Handbüchern u. a. in Königs Handbuch der Unter- suchung landwirtschaftlich wichtiger Stoffe (2), ferner besonders auch in einer ausführlichen Arbeit von Tollens (3). In den letzten Dezennien ist jedoch die Pflanzenphysiolögie so be- deutend in ihren Fragestellungen und in ihren Verbindungen mit den übrigen physikalischen und biologischen Wissenschaften vorgeeilt, daß, wie in unseren Darlegungen immer wieder zu ersehen war, das angesammelte ältere Material Internat, agr.techn. Rdsch., 8, 987 (1917). Parker, Jonrn. Agr. Res., i, 179 (1914). HissiNK, Chem. Weekbl., 15, 517 (1918); Techno!. Ges. Delft (1918), 129; Kultur, 31 (1920). Schutzwü-k. v. Humussäuren: Sv. Oden, Journ. f. Landw., 67, 177 (1919). Bodenlösung, Preßsaft: Ramann, Internat. Mitteil. f. Bodenkunde, 6, 1 (1916) ;Ehren- BERG u. VAN Zyl, Internat. Mitteil. f. Bodenkunde, 7, 141 (1918). Osmot. Druck d. Bodenlösung: Tulaikoff, Ztsch. exp. Landw. Petersburg, 27, 79 u. 122 (1916). Wasser- stoffionenkonzentration: Kappen u. Zapfe, Landw. Vers.stat., 90, 321 (1917). Morse, Journ. Ind. Eng. Chem., 10, 125 (1918). Sharp u. Hoagland, Journ. Agr. Res., 7, 123 (1916). Gillespie u. Wise, Journ. Amer. Chem. Soc, 40, 796 (191&). Gillespie, Journ. Wash. Acad. Sei., 6, 7 (1916). Osmose im Boden: C. J. Lynde, Ebenda, 16, 759 (1913). Lynde, Ebenda, p. 766; Feuchtigkeitskoeffizient: W. B. Crump, New Phytologist, 12, 125 (1913). Kaliadsorption: Berthelot, Compt. rend., 141, 1182 (1905); Kalk: E. Blanck, Landw. Jahrb., 38, 715 (1909); ebenda, p. 863; P. E. Müller u. Fr. Weis, Naturw. Ztsch. Landw. u. Forstw., 5, 51 (1907); D.Prianischnikoff, Landw. Vers.stat., 79/80, 667 (1913); G. Wiegner, Journ. f. Landw., 60, 111 (1912); W. Thaer, Ebena, 59, 107 (1911). Acidität des Bodens: R. Albert, Ztsch. angew. Chem., 22, 653 (1909); 0, Loew, Ztsch. landw. Vers.wes. österr. (1909), p. 461. — Zusammenfassende Dar- stellungen: Methoden zur biochemischen Untersuchung des Bodens: J. Stoklasa, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 5, II, 843 (1912). F. Wahnschaffe u. F. ScHUCHT, Anleitung zur wissenschaftl. Bodenuntersuchung, 3. Aufl., Berlin 1914. E. J. Russell, Boden u. Pflanze. Dtsch. von Brehm. Dresden 1914. Ramann, Bodenbildung, Berlin 1918. Wiegner, Boden u. Bodenbildung, Dresden (1918). 1) W. Heintz, Pogg. Ann.,' 72, 113 (1847); H. Rose, Ebenda, 70, 449(1847); 76, 306, 324 (1849), 80, 94 (1850); A. Strecker, Lieb. Ann., 7j, 339 (1850). ; H. Will u. Fresenius, Ebenda, 50, 363 (1844); W. Knop, Journ. prakt. Chem., 38, 14 (1846). — 2) J. König, Die Untersuchung landw. u. gewerbl. wichtiger Stoffe, 2. Aufl. (1898), p. 186. — 3) B. Tollens, Journ. f. Landw., 50, 231 (1902). H. Aron, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., i, I, 372(1909); Q. Lockemann, Ebenda, 5, II, 1049 (1912). 34* 532 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. modernen Ansprüchen nicht mehr genügt, zumal oft nur praktische Gesichts- punkte berücksichtigt wurden. Es wäre so ziemhch die ganze Arbeit noch einmal vorzunehmen, wenn die notwendige neue Basis gesichert werden soll. Auch sind die Methoden gegenwärtig so sehr in Umbildung begriffen, daß es in physiologischen Laboratorien kaum mehr statthaft ist, in jedem Falle schematisch den herkömmlichen Untersuchungsgang auf die Aschen- stoffe anzuwenden. Es muß vielmehr als eines der ersten Erfordernisse jeder Arbeit bezeichnet werden, die geeigneten Methoden durch kritische Studien aufzufinden, bzw. dieselben den speziellen Zwecken anzupassen. Die Materialmenge bildet für die moderne Analyse, seit eine große Zahl von erprobten Mikromethoden zur Verfügung stehen, keine Grenze. Dies bezieht sich schon auf die Zerstörung der organischen Substanz, welche nach "den älteren Veraschungsverfahren wohl nie ohne Verluste nach irgend einer Richtung bewerkstelligt wird. Es fehlt nicht an vervoll- kommneten Veraschungsapparaten, z. B. die von Wislicenus (1) angegebene Vorrichtung oder die elektrischen Veraschungsöfen. Doch wird es in zahl- reichen Fällen von entschiedenem Vorteil sein, Säureü zur Zerstörung der organischen Stoffe anzuwenden, entweder die KjELDAHL-Mischung, oder das von Neumann (2) eingeführte konzentrierte Schwefelsäure- Salpeter- säuregemisch, oder die Zerstörung der organischen Substanz mit konzen- trierten HCl und KCIO3 nach Fresenius-Babo mit einem Zusatz von Anti- formin zur Chlorentwicklung nach Friedmann (3). Auch H2SO4 + Persulfat (CAROsche Säure) ist versucht worden (4). Das Verfahren von Grouven(5): Anwendung von überhitztem Wasserdampf bei 400—700° ist von Verlusten an organisch gebundenem Schwefel nicht frei. Für physiologische Analysen hat sich die Zerstörung der organischen Substanz mit konzentrierten Säuren weitgehend bewährt. Auf die vervollkommneten Verfahren zur Bestimmung der Gesamttrockensubstanz (6) braucht hier nur kurz hingewiesen zu werden. Bei der Berechnung der einzelnen Aschenbestandteile entspricht dem heutigen Stande der Wissenschaft kein anderes Verfahren, als dieselben als Ionen anzuführen, was erst in wenigen Arbeiten geschehen ist. Die Methoden zur Aufsuchung der wichtigsten Aschenstoffe auf mikroskopischem Wege in pflanzlichen Geweben wurden, soweit sie physiologisch unentbehr- liche Hilfsmittel sind, zumeist schon angeführt (7). Die nachfolgenden Be- merkungen mögen als Ergänzungen und Hinweise auf physiologisch verwend- bare Methoden dienen, ohne Anspruch auf Vollständigkeit zu machen. Alkalimetalle. Die älteren Methoden lassen für das KaU die Wägung als Chlorid oder Platindoppelchlorid, für das Natrium nur die Bestimmung 1) H. Wislicenus, Ztsch. analyt. Chem., 40, 441 (1901); G. M. Tucker, Journ. f. Landw., 48, 64 (1900); Veraschungsverfahren ohne Auslaugen der Kohle: K. Stolte, Biochem. Ztsch., 35, 104 (1911). — Glüh Verluste : Roberts, Analyst, 43, 254 (1918); Rather, Journ. Ind. Eng. Chem., 10, 439 (1918). — 2) A. Neu- MÄNN, Ztsch. physiol. Chem., 37, 114 (1902); 43, 32 (1904); Arch. f. (Anat.) u. Physiol. (1905), p. 208. E. S. Warschawsky, Biochem. Zentr., 4, Ref. Nr. 710. — 3) A. Friedmann,- Ztsch. physiol. Chem., 92, 46 (1914). — 4) N. Tarugi, Gazz. chim. ital., 32, II, 380 (1902); 34, I, 324 (1904). Anwendung von Natriumperoxyd: H. Pringsheim, Ber. chem. Ges., 41, 4267 (1908). Ammoniumpersulfat + 10% ige HjSO«: DuRET, Compt. rend., 167, 129 (1918). Vgl. auch Greenwald, Journ. Biol. Chem.. 37, 439 (1919). — 5) Grouven, Landw. Vers.stat., 28, 343. Über physio- logische Aschenanalysen und ihre Aufgaben auch Dennstedt u. Rumpf, Ztsch. physiol. Chem., 41, 42 (1904). — 6) z. B. L. F. Sharkell, Amer. Journ. Physiol., 24, 325 (1909). Nachweis von Spuren Wasser: W. Biltz, Ber. chem. Ges., 40, 2182 (1907). — 7) Zusammenstel lungen: H. Mqlisch, Mikrochemie der Pflanze. Jena 1913. p. 39; 0. Tunmann, Pflanzenmikrochemie. Berlin 1913, p. 66; A. B. Macallum, Ergebn. d. Physiol., 7, 662 (1908). 0. Richter, Ztsch. wiss. Mikrosk., 22, 194 (1906). Anhang: Methodische Hinweise. 533 als Chlorid zu. Boes(1) hat auch wieder eine neue Chloridmethode be- schrieben. Schon lange Zeit wird angegeben, daß man gerade bei den Chloriden Verluste durch Verflüchtigung zu besorgen hat (2). Nach Woy (3) scheint jedoch der Verlust an Kali auf Rechnung einer Umsetzung zu Sulfat mit den Verbrennungsprodukten des Leuchtgases zu kommen. Kaliumchlorid läßt sich zur Bestimmung auch vorteilhaft in Carbonat (über das Oxalat) über- führen (4) oder in das schwerlösliche Bitartral (5). Geringe Mengen von NaCl lassen sich von KCl durch Auslaugen mit verdünntem Alkohol trennen, welcher das NaCl leichter löst (6). Große Vorteile bietet die Anwendung der von De Koningk (7) an- gegebenen Kalireaktion. 10% NaNOg und etwas CoClg mit Essigsäure angesäuert, gibt noch mit 0,1% KCl-Lösung einen gelben Niederschlag von Kaliumnatriumkobaltonitrit. Curtman (8) empfahl Natriumkobaltonitrit direkt als Kaliumreagens zu verwenden. Nach Bjilmann (9) kann man mit diesem Reagens noch in 10% Salzlösung 1 Äqu. Kali neben 4000 Äqu. Natron nachweisen. Zum mikrochemisohen Kalinachweis ist nach Macallum (1 0) eine Nachbehandlung der Schnitte mit Ammoniumsulfid zur Verfeinerung der Methode zweckmäßig, wodurch man an Stelle der gelben Kobaltfällung einen schwarzen Niederschlag von CoS erhält. Doch besteht, wie bei allen derartigen Umsetzungsreaktionen die Gefahr, auch anderwärts im Präparate adsorbiertes Kobalt nachzuweisen, wo ursprünglich kein Kaliumkobalt- nitritniederschlag gewesen war (11). Bei Acineta tuberosa fand Macallum die KaUsalze an den Pseudopodien bemerkenswerter Weise stets an den Stellen der geringsten Oberflächenspannung lokalisiert. Die Kobaltmethode ist auch als sehr brauchbare quantitative Kalibestimmung ausgearbeitet (12). Auten- RIETH und Bernheim (13) haben dieselbe zu physiologischen Zwecken adap- tiert. Hier knüpft sich auch die aussichtsvolle Umbildung der volumetrischen Methoden durch Hamburger (14) an, dem es zuerst gelang, aus der Höhe eines bis zum konstanten Volum durch Centrifugieren gebrachten Nieder- schlagssäulchens eine genaue Bestimmung des Kaliums als NatriUmkobalto- nitritverbindung zu erreichen. Von Mitscherlich (15) rührt eine Per- manganatmethode zur Bestimmung kleiner Kalimengen her. Bedeutung für 1) A. BoES, Apoth.-Ztg., IT, 201 (1902); Zur Platinmethode: ,G. Meillere, Journ. Pharm, et Chim. (7), 7, 281 (1913). L. Garnier, Biochem. Zentr., 4, Ref. Nr. 980". Trennung und Bestimmung von K und Na: Hill, Amer. Journ. Sei. Silliman (4), 40, 75 (1915). Rhue, Journ. Ind. Eng. Chem., 10, 429 (1918). — 2) Audouard, Journ. prakt. Chem., 2, 275 (1834). — 3) Woy, Ztsch. öff. Chem.; 8, 389 (1902). — 4) L. E. Cavazza, Chem. Zentr. (1910), I, 962. — 5) H. Recklebbn, Ztsch. angew. Chem., 26, 375 (1913); Fr. Marshall, Chem.-Ztg., jS, 585 (1914). — 6) Röttger- Precht, Ber. chem. Ges., 18, 2076 (1885). BaBr staU BaClj: Hüttner, Kali, J2, 178 (1918). Zur Geschichte der Kalibestimmung: Vürtheim, Chem. Weekbl., J5, 827 (1918). Modifizierte PtCl^-Methode: Blumenthal, Journ. Ind. Eng. Chem., 9, 753 (1917). Physikal.chem. Methodik: Duboux. Compt. rend., 15g, 320 (1914). — 7) L. DE Koningk, Ztsch. analyt. Chem., 20, 390 (1881). — 8) 0. Curtman, T3er. ehem. Ges., 14, 1951 (1881). — 9) E. Bjilmann, Ztsch. analyt. Chem., jp, 284 (1900). L. T. BowsER, Journ. Amer. Chem. See,. 33, 1666 (1911). — Ip) A. B. Macallum, Journ. of Physiol., 32, 95 (1905); Proc. Roy. Soc, 56, B, 627 (1913). — 11) Über die Kritik der Lokalisation vgl. Liesegang, Ztsch. wiss. Mikr., 31, 466 (1914). — 12) K. Gilbert, Dissert. Tübingen (1898); Fr. H. MacdougaCl, Journ. Amer. Chem. Soc, 34, 1684 (1912); Hörn van den Bos, Chem. Weekbl., jo, 182 (1913); Titration: L. Zaleski, Landw. Vers.stat., 83, 221 (1913). Bttrgess u. Kamm, Univ. of Illinois Bull., jo, Nr. 36 (1913). Haff u. Schwartz, Journ. Ind. Eng. Chem., 9, 786 (1917). — 13) W. Autenrieth u. R. Bernheim, Ztsch. physiol. Chem., 37, 29 (1902). — 14) Hamburger, Biochem. Ztsch., 77, 4l6 (1915); 7^, 414 (1916). Rec. trav. chim. Pays Bas, J5, 226 (1915). — 15) E. A. Mitscherlich u. H. Fischer, Landw. Vers.stat,, 76, 139 (1911); y8, 76 (1912). Bestimmung von K in Cerealien: F. Thompson u. H. Morgan jun., Journ. Ind. Eng. Chem., j, 398 (1911). 534 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. die Praxis haben ferner die Perchloratmethoden (1 ). Eine Kaliumbestimmungs- methode unter Benutzung der Säureaufschließung hat Neubauer (2) an- gegeben. Sie beruht auf der Trennbarkeit der Alkalisulfate von Mg, PQ4, Fe, AI durch gesättigte Ätzkalklösung. Alle diese Methoden sind zu pflanzenphysio- logischen Zwecken noch sehr wenig benutzt worden. Als Kalireagens dient ferner Phosphorwolframsäure (3), nach Alvarez (4) amido-/3-naphthol- sulfosaures Natron (Eikonogen); zur Kalibestimmung auch die Persulfat- methode (5) . Über eine Verfeinerung der bekannten Flammenfärbungsreaktion für Kali vgl. Herzog (6). Zum Nachweise sehr kleiner Mengen von Alkalien und Säuren könnte die Anwendung von mit Lackmus gefärbten Coconfäden unter dem Mikroskop nach Emich (7) Dienste in der Physiologie leisten. Zum Nachweise des Lithiums sind die Angaben von Kratzmann (8) zu vergleichen. Magnesia. Krystalle zum mikrochemischen Nachweise soll man nach Pozzi-Escot (9) mit der Fällung als Phosphat ohne Ammoniakzusatz erhalten, doch ist die Reaktion nicht so empfindlich, wie in ammoniakalischer Lösung. Ammoniakalische Magnesiumsalzlösungen geben, mit mellithsaurem Ammonium eingedampft, nach Pozzi-Escot schöne Krystalle von mellith- saurer Ammoniakmagnesia. Nach Romijn (10) ist es empfehlenswert, zum mikrochemischen Mg- Nachweise Citronensäure zuzusetzen, bevor man als Doppelphosphat fällt. Nur Gegenwart von viel Zink stört diese empfindliche Probe. Magnesia fällt mit Jodjodkah und verdünnter Natronlauge : Reaktion von ScHLAGDENHAUFFEN (11), rotbraune Flocken. Nach Grimbert kann man auch Jodkalium mit etwas Natriumhypochlorit als Reagens benutzen. Die Reaktion ist weniger empfindlich als die Tripelphosphatfällung. Zur quantitativen Mg- Bestimmung und Trennung von Alkalien eignen sich nach Herz und Drucker (12) die Fällungen von Mg mit organischen Basen: Dimethylamin, Guanidin. Zur Kalkbestimmung wurde von Aron (13) eine Methode aus- gearbeitet unter Benutzung der Zerstörung der organischen Substanz nach 1) Vgl. Pilz, Ztscli. landw. Vers.wes. Österr., 18, 77 (1915). Hager u. Kern, Land w. Vers. stat., 8y, 365 (1915). Baxter u. Kobayashi, Journ. Amer. Chem. Soc-, 39, 249 (1917). GoocH u. Blake, Silliman Journ. (4), 44, 381 (1917). Mikro- chemische Perchloratmethode : Deniges, Ann. de Chim. appl., 22, 103 (1917). — 2) H. Neubauer, Ztsch. analyt. Chem., 43, 14 (1904). — 3) E. Wörner, Ber. pharm. Ges., 10, 4 (1900); G. Meyer, Chem.-Ztg., 31, 158 (1907). —4) E. F. Alvarez, Chem. News, 91, 146 (1905); Compt. rend., 140, 1186 (1905). — 5) N. Tarugi, Gazz. chim. ital., 37, I, 381 (1907). — 6) A. Herzog, Chem.-Ztg., 42, 145 (1918). — 7) F. Emich, Monatsh. Chem., 22, 670 (1901). — 8) E. Kratzmann, Verh. zool.- bot. Ges., 64, p. (67) (1914). Für Caesium und Rubidium vgl. Robinson, Journ. Ind. Eng. Chem., 10, 60 (1918). Mikrochem. : Denig^s, Ann. de Chim. appl., 22, 103 (1917). — 9) E. Pozzi-Escot, Chem. Zentr. (1901), I, 540 u. 1175. — 10) G. Romijn, Ztsch. analyt. Chem., 37, 300 (1898). — 11) L. Grimbert, Journ. Pharm, et Chim. (6), 2j, 237 (1906); J. Bellier, Eb-^nda, p. 378. — 12) W. Herz U.Drucker, Ztsch. anorgan. Chem., 26, 347 (1901). — Oxalatverfahren zur Trennung von Mg und Ca: W. C. Blasdale, Journ. Amer. Chem. Soc. 31, 917 (1909), Be- stimmung sehr geringer Mg-Mengen: Dienes, Biochem. Ztsch., 95, 131 (1919). — 13) H. Aron, Biochem. Ztsch., 4, 268 (1907); S. Gutmann, Ebenda, 58, 470(1914). R. Hanslian, Abderhaldens Handb. biochem. Arb.meth., 6, 376 (1912). — Trennung von Ca, Mg und PO«: Fr. H. Mac Drudden, Journ. biol. Chem., 10, 187 (1911); W. C. Blasdale, Journ. Amer. Chem. Soc, 31, 917 (1909); M. Passon, Ztsch. angew. Chem. (1898), p. 776; 14, 285 (1901); Chr. A. Peters, Chem. Zentr. (1901), II, 869. Bestimmung in Cerealien: F. Thompson u. Morgan jun., Journ. Ind. Eng. Chem., 3, 398 (1911). Kalkbestimmung: Kuzirian, Journ. Amer. Chem. Soc, 38^ 1996 (I9I6). Grossfeld, Ztsch. Unt. Nähr., 34, 325 (1917). Halverson u. Bergeim, Journ. Biol. Chem., 32, 169. W. H. Jansen, Ztsch. physiol. Chem., loi, 176 (1918). Dienes, Biochem. Ztsch., 95, 131 (1919). Mikrobestimmung: de Waard, Ebenda, 97, 176 (1919); ebenda, p. 186. Anhang: Methodische Hinweise. 535 Neumann mit HNO3 und H2SO4 und Abscheidung des Sulfates durch Alkohol. Über mikrochemische Unterscheidung von Aragonit und Calcit wurde schon p. .355 berichtet (1). Als qualitative Ca-Probe ist auch die gelb- grüne Fällung mit Ferrocyankalium in ammoniakalischer Lösung zu ver- wenden (2), Tonerde läßt sich nach Kratzmann (3) vorteilhaft in der Fällung als Caesiumalaun milcrochemisch nachweisen. Rathgen (4) benutzte zu petfographischen Zwecken Aramoniumfluorid mit Zusatz von etwas H2SO4. Tonerde bildet mit Alizarin S (rot) ein purpurrotes Salz (5). Zur Tonerde- bestimmung wären die Angaben von Pellet und Fribourg sowie von Hare zu vergleichen (6). Auch zur Eisenbestimmung vyurde das NEUMANNsche Verfahren der Säure veraschung herangezogen, doch fand Fendler (7) diese Methodik nicht exakt. Unter den verschiedenen analytischen Fe- Bestimmungs- methoden finden sich einige colorimetrische, welche möglicherweise physiologischen Aufgaben entsprechen könnten. (8). Zur Aufschließung organischer Substanzen schlug SALK0WSKr(9) Schmelzen mit KNO3- Mischung vor, wobei das Gesamteisen in FcaOg übergeführt wird. — Ferro- salze geben mit etwas Weinsäure und alkoholischer Lösung von Dimethyl- glyoxim versetzt, dann mit NH3 übersättigt, eine Rotfärbung, die mit der Oxydation des Fe" verschwindet: Slawik(IO). Zur Bestimmung kleiner Manganmengen kann man nach Mar- shall (11) das gesamte Mangan durch Erhitzen mit Ammoniumpersulfat als Superoxyd abscheiden. In Gegenwart von etwas Silbersalz findet aber Bildung von Permanganat statt, durch dessen Färbung sich noch 0,001 mg Mangan in ^4 com Flüssigkeit nachweisen läßt. Violettfärbung entsteht mit PbOg und HNO3 bei Gegenwart kleiner Manganmengen (12). Duyk(13) 1) Aragonit: St. Kreutz, Tschermaks min. u. petr. Mitteil. (2), 28, 487(1910). Mikrochemische Calci t-Untersuchung: St. J. Thugutt, Ztsch. Kryst., 54, 197 (1914). Metallfärbung verkalkter Gewebe: Stoeltzner, Ztsch. wiss. Mikr., 22, 545 (1906). Calcit u. Aragonit: Skinder, Arch. geol. et min. Russ., 15, 189 (1914). Quercigh, Atti Accad. Line. (5), 24, I, 1231 (1915). Vitalfärbung mit Alizarin: Gottlieb, Anatom. Anzeig., 46, 179 (1914). Mikrochemische Fällung mit Alkalien: Molisch, Ber. bot. Ges., 34, 288 u. 357 (1916). — 2) F. Flanders, Journ. Amer. Chem. Soc, 28, 1509 (1906); H. Baubigny, Compt. rend., 144, 1342 (1907). — 3) E. Kratzmann, Sitz.ber. Wien. Ak., I, 122, 311 (1918); Pharm. Post, 47, 101 (1914). Verhandl. zoolog. bot. Ges., 64, p. (67) (1914). — 4) F. Rathgen, Ztsch. analyt. Chem., 5.?, 33 (1914). — 5) Vgl. Atack, Journ. Soc. Chem. Ind., 34, 936 (1915). —6) H.Pellet u. C. Fribourg, Chem. Zentr. (1905), II, 1187; R. F. Hare, Journ. Ind. Eng. Chem., 2, 27 (1910); Berg, Chem.-Ztg., 41, 50 ^1917). — 7) G. Fendler, Ztsch. physiol. Chem., 8g, 279 (1914); Fr. Jahn, Ebenda, 75, 308 (1911). R. Hanslian, Abder- haldens Handb. biochem. Arb.meth., 6, 376 (1912). — 8) A. Mouneyrat, Compt. rend., 142, 1049, 1572 (1906); Soc. Biol., 60, 768,. 811 (1906). Compt. rend., 144, 1067 (1907); W. K. Marriott u. Wolf, Jourri. biol. Chem.,. i, 451 (1907). Zur Eisenbestimmung ferner: C. A. Socin. Ztsch. physiol. Chem., 15, 93 (1890). F. Röh- MANN u. F. Steinitz, Ztscli. analyt. Chem., 38, 433 (1899); B. Moreau, Morel 11. Ctautier, Soc. Biol, 62, 61 (1907)^ R. F. Hare, Journ. Ind. Eng. Chem., 2, 27 (1910). R. Adan, Biochem. Zentr., 5, Ref. Nr. 281 (1906). — 9) E. Salkowski, Ztsch. physiol. Chem., 83, 143 (1913). —10) P. Slawik, Chem.-Ztg., j6, 54 ^1912). Kritik des mikrochemischen Eisennachweises: A. Wiener, Biochem. Ztsch., 77, 27 (1916). Bestimmung geringer Eisenmengen: Berg, Chem.-Ztg., 41, 50 (1917). Gonnermann, Biochem. Ztsch., gs. 286 (1919). Eisenfärbung in den Geweben mit Alizarinrot: Mawas, Compt. rend. Soc. Biol., 82, 78 (1919). — 11) H. Marsuall, Chem. News, 83, 76 (1901); Chem. Zentr. (1901), I, 705. P. Pichard, Compt. rend., 126, 650 (1898); D. Vitali, Chem. Zentr. (1598), II 942; J. Gössl, Beihefte bot. Zentr., 18, I, 121 (1904). Hermans, Pharm. Weekbl., 56, 1344 (1919). - 12) N. Tarugi, Gazz. chim. ital, 36, I, 332 (1906). Dobbin, Chem. News, 113, 133 (1916). — 13) DuYK, Ann. Chim. analyt. appl., t2. 465 (1907). 536 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffwechsel der Wurzeln. benutzte die Permanganatbildung mit Alkali, Natriumhjrpochlorit und CUSO4 zum Nachweise von Manganspuren. Bertrand (1) bediente sich der Persulfatoxydation nach Lösung in HNO3 und Entfernung von Kohle und Chloriden; dann läßt sich das Permanganat colorimetrisch bestimmen, Manganhaltige Aschen von Pflanzen sind an der grünen Färbung kenntlich (2) In neutraler oder schwach saurer Lösung geben Mangansalze mit Kalium^ Chromat dunkelbraune Krystalle einer Doppelverbindung, was Wagenaar (3) zum mikrochemischen Nachweise von Mn heranzog. Zum Nachweise von Nickel gebrauchte Tschugaeff (4) den roten Niederschlag, welcher nach Versetzen nickelhaltiger Lösungen mit Natrium- acetat, Zusatz von a-Dimethylglyoxim in Pulverform und Kochen entsteht. Nickelmolybdat ist nach Pozzi-Escot (5) im Gegensatze zu Kobaltmolybdat unlöslich in neutraler Lösung von Alkalimolybdat. Zum Zinknachweise sei nochmals auf die Arbeiten von Bertrand und Javillier (6) und Weitzel (7) verwiesen. Neumann (8) schied kleine Zinkmengen elektrolytisch ab. — Zinkurat gibt nach Ganassini (9) eine grünblaue Färbung mit Gl- oder Br-Gas. Beim Nachweise von Kupferspuren kommt nur die elektrolytische Ausfällung des Kupfers in Betracht (1 0). Sehr empfindlich zum Cu-Nachweise ist nach Uhlenhuth (11) die starke Blaufärbung mit alkalischer Lösung von (1,2) Diaminoanthrachinon-3-sulfosäure. Sie läßt sich durch Ammoniak verstärken und auch für Nickel und Kobalt anwenden (12). Ein sehr empfind- liches Reagens auf Cu ist Aminocapronsäure (13). Ortho-nitrosophenol in Petroläther gibt beim Schütteln mit Cu-hältigen Lösungen eine leuchtend rote Färbung (14). Bradley (15) benützte zum Kupfernachweise die Blau- färbung mit Blauholzhämatoxylin. Zink läßt sich nach demselben Autor als Nitroprussidverbindung mikrochemisch nachweisen. Zum Nachweise von Blei in organischem Material benutzt Erlen- meyer (16) die Sulfatfällung und Trennung der Sulfate von Pb und Ca mittels Ammoniumacetat. Phosphorsäure. Den früher gegebenen Daten sei noch hinzugefügt, daß auch Jolly(17) in (tierischen) Geweben mit Hilfe der Molybdat-HNOg- Methode den Nachweis von organisch gepaarter Phosphorsäure geführt hat. Zur quantitativen Trennung der organischen P- Verbindungen von den 1) G. Bertrand, Bull. Soc. Chim. (4), 9, 361 (1911). — Bestimmung von Mn im Boden: R. A. Gortner u. Rost, Journ. Ind. Eng. Cham., 4, 622 (1912); M. J. Stritar, Ztsch. analvt. Chem., 52, 337 (1913). — 2) B. Hafner u. J. Krist, Ztsch. allg. österr. Apoth.Ver., 61, 387 (1907). —3) M. Wagenaar, Pharm. Weekbl., 49, 14 (1912). Ferner über Mn-Bestimmung: Sacher, Chem.-Ztg., 3g, 319 (1915). Mikiochemische Probe mit Cyanursäure in ammon. Lösung: Menke, Chem. Weekbl., 15, 868 C1918). Reaktion mit Alkalioxalat: Caron u. Raquet, Ann. CJiim. anal, appl. (2), I, 174 (1919). — 4) L. Tschugaeff, Ber. chem. Ges., 38, 2520 (1905). — 5) E. Pozzi-EscoT, Compt. rend., 14s, 435 (1907). Reaktion mit Diamidoanthrachinon- sulfonsäure auf Cu, Co u. Ni: Malatesta, Boll. farm. chim., 22, 319 u. 23. Vgl. auch J. Koppel, Natur wiss., 1917, p. 730. — 6) G. Bertrand u. M. Javillier, Compt. rend. , 145, 924 (1907). — 7) A. Weitzel, Arbeit. Reichsgesundh.amt, 51, 476 (1919). 8) W. Neumann, Ztsch. Elektrochem., 13, 751 (1907). — 9) Ganassini, Soc. Med. Chir. Pavia, 29. Jan. 1909. — 10) B. Guerithault, Bull. Sei. Pharm., 18, 633 (1912); Pritz, Guillaudeu u. Withdrow, Journ. Amer. Chem. Soc, 35, 168 (1913); E. B. Phelps, Ebenda, 28, 368 (1906).— 11) R. Uhlenhuth, Ghem.-Ztg., 34, 887 (1910). — 12) Giu. Malatesta u. Di Nola, Boll. Chim. Farm., 52, 819 (1914). — 13) Lyle, Curtman u. Marshall, Journ. Amer. Chem. Soc, 37, 1471 (1915). — 14) 0. Baudisch, Ber. dtsch. chem. Ges., 51, 1058 (1918).— 15) H. C. Bradley, Amer. Journ. Sei. (4), 22, 326 (1906). Rebello-Alves u. Benedicenti, Arch. Farm, sper., 24, 50 (1917). -16) E. Erlenmeyer, Biochem. Ztsch., 56, 330(1913). — 17) L. JoLLY, Compt. rend., 125, 538 (1897). Anhang: Methodische Hinweise. F^^fj Phosphaten in Futtermitteln sind die Untersuchungen von Fingerling und Hecking(1) zu vergleichen. Durch Extraktion mit HCl- Alkohol kann man nach Collison (2) eine befriedigende Trennung der anorganischen PO4 von Phytaten erreichen. Ulrich (3) machte aber auf die Schwierig- keiten aufmerksam, welche der quantitativen Extraktion der wasserlöslichen PO4 aus Pflanzenmaterial im Wege stehen. Nach Behrens (4) kann man mit Hilfe der Molybdatreaktion mikro- chemisch noch 0,000015 mg PO4 nachweisen. Daß das Prinzip der Lilien- FELD-MoNTischen Methode (Umsetzung des P04-Niederschlages mit Schwefel- ammonium) unrichtig ist, wurde bereits hervorgehoben (5). ^cott empfahl als Reagens 10 %iges Ammoniummolybdat 80 ccm, HCl 12 ccm, kon- zentriertes Ammoniumpersulfat 10 ccm und NH4CI 20 g. Bongiovanni (6) versuchte nach der Molybdatbehandlung die Färbung durch Erzeugung von Molybdänrhodanat als Hilfsmittel zu verwenden. Nach Reduktion mit SnClg nehmen die Globoide der Aleuronkörner eine rotviolette Färbung an. Eine ausgezeichnete Darlegung und Kritik der modernen Methoden zur Makro- und Mikrobestimmung der Phosphorsäure gab vor kurzem Kleinmann (7), auf die vor allem verwiesen werden soll. Zur quantitativen P04-Bestimmung läßt sich die Molybdatfällung sehr allgemein anwenden; man nimmt gegenwärtig die Fällung gewöhnlich in Gegenwart von Ammoniumeitrat vor: „Citratmethode", bezüglich welcher auf die Handbücher der analytischen Chemie verwiesen werden darf (8). Bei Extrakten läßt die Molybdatfällung ohne weiteres befriedigende Resultate gewinnen. Ein großer Vorteil der Methode liegt darin, daß ein relativ geringer Gewichtsanteil des Niederschlages auf P entfällt. Große Schärfe gestattet ein Zusatz von Strychninnitrat zum Molybdat und Konstatierung des Über- schusses mit HNO3. Größere Schwierigkeiten entstehen bei der Bestimmung der Gesamt-P04 durch Veraschen, weil bei dem zur Verhütung von Zer- setzungen angewendeten Zusätze von K2CO3 während des Glühens teilweise Pyrophosphorsäure entsteht, die erst durch Kochen mit HNO3 in H3PO4 zurückgeführt werden kann. Vorschläge zur Vermeidung der dadurch ent- stehenden Fehler hat Rieger (9) gegeben. Besonders bei der Phosphorsäure- 1) G. Fingerling u. A. Hecking, Biochem. Ztsch., 37, 462 (1911). — 2) R. C. Collison, Journ. Biol. Chem., 12, 65 (1912); Journ. Ind. Eng. Chem., 4, 606 (1912). — 3) H. Ulrich, Ai-ch. exp. Pathol., 68, 171 (1913). — Quantitative Bestimmung von Extrakt- und Protein-PO^: W. Koch, Journ. Biol. Chem., 3, 159 (1907). — 4) H. Behrens, Ztsch. analyt. Chem., 30, 125 (1891). — 5) F. H. Scott, Journ. of Physiol., 55, 119 (1906); A. Arcangeli, Gazz. chim. ital., 37, II, 148 (1907); R. E. Liesegang, Chem. -Ztg., 34, 1168 (1910). — 6) C. Bongiovanni, Staz. Sper. Agr. Ital., 42, 116 (1908). — 7) H. Kleinmann, Biochem. Ztsch., 99, (1919). Feigl, Ebenda, 102, 131 (1920); Iversen, Ebenda, 104, 15 u. 22 (1920). — 8) Hierzu ferner: B. Schmitz, Ztsch. analyt. Cham., 45, 512 (1906); J. Bay, Compt. rend., 146, 814 (1908); P. Christensen, Ztsch. analyt. Chem., 47, 629 (1908). A. Grete, Ber. chem. Ges., 42, 3106 (1909): G. Maderna, Acc. Line. Roma, 19, I, 827 (1910); F. Haussding, Landw. Jahrb. (1913), p. 119; W. Heubner, Biochem. Ztsch., 64, 401 (1914); A. E Taylor u. C. W. Miller, Journ. biol. Chem., 18, 216 (1914). Falk u. Sugiura, Journ. Amer. Chem. Soc, 37, 1507 (1916). Stutzer u. Haupt, Journ. f. Landw., 63, 46 (1915). Taylor u. Miller, Journ. Biol. Chem., 21, 266 (1916). Grossfeld, Ztsch. analyt. Chem., 57, 28 (1917). ViLLiERS, Bull. Soc. Chim. (4), 23, 305 (1918). Raper, Biochem. Journ., 8, 649 (1916). Eisencitratmethode: Zachariades u. Czak, Ztsch. landw. Vers.wes. österr., 18, 472 (1915). Celichowski u. Pilz, Ebenda, p. 581. Citro-Uranmethode: Crispo u. TuiNziNG, Landw. Vers.stat., 88, 131 (1916). POi-Bestimmung in Böden: Millar u. Gangler, Journ. Ind. Eng. Chem., 7, 619 (1916). Robinson, Ebenda, 8, 148 (1916). — 9) F. Rieger, Ztsch. physiol. Chem., 34, 109 (1901). — Zur Veraschungs- methode: H. Pellet, Bull. Assoc. Chim. Sucr., 26, 1146 (1909); A. Ponte, Staz. Sper. Agr. Ital.. 44, 469 (1911); Ann. Staz. Sper. Agr. Rom., 4, 143 (1910). Zur 538 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der MineraUtoffwechsel der Wurzeln, bestimmung empfiehlt es sich, die Zersetzung der organischen Substanz mit konzentrierter Säure, Kjeldahl- Säure oder H2SO4 + HNO3, vorzunehmen, und wie Neumann (1) gezeigt hat, erhält man auf diese Weise sehr genaue Ergebnisse. Nach Lemoult (2) ergibt die Verbrennung in der Calorimeter- bombe mit komprimiertem Sauerstoff gute Resultate bei der P04-Bestim- mung. GiBSON und EsTES (3) beschrieben eine colorimetrische P04-Be- Btimmung mit Uranacetat und Kaliumferrocyanid. Passerini (4) begründet seine colorimetrische Methode auf die orangerote Färbung von Molybdat mit Gallussäure. — Bezüglich der Trennung von Phosphorsäureestern von Säurephosphaten sei auf die Angaben von Hart und Andrews (5) ver- wiesen. Über Bestimmung von phosphoriger und unterphosphoriger Säure vgl, Ehrenfeld und Kulka (6). Substanzen, welche Phosphorreaktionen geben, lassen sich nach Fischer (7) aus phosphorhaltigen organischen Sub- stanzen nicht abspalten. Hinsichtlich Nachweis und Bestimmung von sehr kleinen Arsen- mengen sei hier noch auf die Untersuchung von Klason (8) hingewiesen. Zum mikrochemischen Arsennachweis empfahl Deniges (9) ein Gemisch von Mercuronitrat und Salpetersäure unter Überführung in AsgOg. Schwefel. Die zu biochem sehen Zwecken nötigen Metboden zum qualitativen Nachweise und zur quantitativen Bestimmung des Gesamt- schwefels hatten seit den grundlegenden Arbeiten von Heintz(10) lange Zeit geringe Ausbildung erfahren. Unbefriedigend sind noch immer die Methoden zur Bestimmung der verschiedenen Formen, in denen Schwefel- verbindungen im Organismus vorkommen. Zu den bekannten S- Reaktionen, welche zum qualitativen, auch mikrochemischen Nachweise von Schwefel- Bestimmung als Mg-Pyrophosphat: Jones, Journ. Biol. Chem., 25, 87; Christie, Journ. Ind. Eng. Chem., 8, 611 (1916); Balarew, Ztsch. anorg. Chem., loi, 229 (1917); 102, 241 (1918); 103, 73 (1918); 104, 53 (1918). Heidenhain, Journ. Ind. Eng. Chem., 10, 426 (1918). Winkler, Ztsch. angew. Chem., 32, 99 (1919). Be- stimmung der PO4 in Futtermitteln: Chapin u. Powick, Journ. Biol. Chem., 20, 97 (1915).a Düngemittel: Hunt, Journ. Ind. Eng. Chem., 8, 251 (1916); Vortmann, Ztsch. andyt. Chem., 56, 465 (1917). Trinkwasser: Medinger, Chem.-Ztg., 39, 781 (1915^. 1) A. Neumann, Arch. Anat. u. Physiol. (1900), p. 159; Garola, Chem. Zentr. (1896), II, 597; H. Schau mann, Ztsch. analyt. Chem., 48, 612 (1909). L. Vuaflart, Bull. Ass. Chim. Sucr., 27, 454 (1909); C. G. L. Wolf u. E. Österberg, Biochem. Ztsch., 29, 429 (1910); J. P. Gregersen, Ztsch. physiol. Chem., 53, 453 (1907). Ferner: Zlataroff, Biochem. Ztsch., 76, 218 (1916). Jodidi, Journ. Amer. Chem. Soc, 37, 1708 (1915). Journ. Franklin Inst., 180, 349 (1915). Schau mann, Abder- haldens Handb. biochem. Arb.meth., 9, 617 (1919). — 2) P. Lemoult, Compt. rend., 149, 611 (1909). — 3) R. B. GiBSON u. Cl. Estes, Journ. Biol. ChenL, 6, 349 (1909). — Urantitrimetrische Bestimmung: A. Vozarik, Ztsch. physiol. Chem., 76, 426, 433 (1912). — 4) N. Passerini, ref. Bot. Zentr., 126, 461 (1913). — 5) E. Hart u. W. H. Andrews, Amer. Chem. Journ., 30, 470 (1903). — 6) R. Ehrenfeld u. W. Kulka, Ztsch. physiol. Chem., 63, 315 (1909). — 7) Aug. Fischer, Pflüg Arch., 97, Ö78 (1903). — 8) P. Klason, Arkiv f. Kemi, 5, Heft 9 (1913). — Ferner N. Tarugi, u. Bigazzi, Gazz. chim. ital., 36, I, 359 (1906); J. A. Goode u. Perkin, Journ. Soc. Chem. Ind., 25, 507 (1906); H. Little, Cahen u. Morgan, Jouin. Chem. Soc, 95, 1477 (1909). G. Lockemann, Biochem. Ztsch., 35, 478 (1911); C. E. Carlson, Ztsch. physiol. Chem., 68, 243 (1910); A. C. Vournasos, Ber. chem. Ges., 43, 2269 (1910); L. Moreau u. E. Vinet, Compt rend., 158, 869 (1914). M. Vinogkad, Journ. Amer. Chem. Soc, 36, 1548 (1914); L. Vanino u. F. Hartwagner, Arch. Pharm., 252, 381 (1914); Bulyghin, Chem. Zentr., 1915, I, 1341; Beck u. Merres, Arb. kais. Gesundh.amt, 50, 38 (1915); Kosian, Pharm. Post, 48, 321 (1915); Gautier u. Clausmann, Compt. rend., 165, 11 (1917); Sieburg, Abderhaldens biochem. Arb.meth., 9, 148 (1919); Billeter, Helvet. Act. chim., z, 475 (1918); W. VON Run, Pharm. Weekbl., 56, 1072 (1919). — 9) G. Dexioes, Compt. rend., J47, 744 (1908). — 10) W. Heintz, Pogg. Ann., 85, 424 (18.'32). Anhang: Methodische Hinweise. 539 Verbindungen dienen (von denen die PbS- Reaktion, sowie die Nitroprussid- natriumprobe am häufigsten verwendet werden), kann noch die von Brunner (1) angegebene Reaktion kommen. S- oder sulfidhaltige Proben geben nach längerem Stehen mit starker AlkaHlauge und Zufügen von Nitro- benzol und etwas Alkohol eine rötliche Farbe. Zum mikrochemischen Schwefelnachweis empfahl Emich (2) die Präparate mit Calciumchlorid- lösung zu benetzen und sie Bromdämpfen auszusetzen; es entstehen Gips- nadeln bei Gegenwart von Schwefelverbindungen. Bei der gewöhnlichen Veraschungsmethode ist es unmöglich, brauchbare Schwefelbestimmungen zu erhalten, weil große Verluste durch Entweichen von SO2 stattfinden. Besser ist es, die Veraschung in Gegenwart von Calciumacetat [Frap.s (3)] oder Ca(N03)2 und CaO [Koningk (4)] vorzunehmen; noch genauer werden die Resultate, wenn man Soda und NagOg zufügt [Hoehnel-Glaser, V. AsBOTH (5)] und man kann nach Modrakowski (6) die Oxydation schon vor dem Veraschen beginnen und die Veraschung unter weiterem Zusätze von NagOg zu Ende führen (Harn). Das Erhitzen ist mittelst Spi- ritusflamme oder elektrischer Heizung zu bewerksteUigen. Die beste der- artige Methode zur Schwefelbestimmung ist nach Barlow (7) die nach Berthelot und Andre (8) ausgeführte Verbrennung, welche Barlow einigen Modifikationen unterzogen hat. Alle Methoden laufen darauf hinaus, den Gesamtschwefel ohne Verlust zu SO4 zu oxydieren und die SO4 durch CljBa zu fällen. Silberberger (9) findet Vorteile, die Fällung mit SrClg in alkoholischer Lösung auszuführen. Klobukow (1 0) beschrieb eine maß- analytische Schwefelbestimmungsmethode, bei welcher das Sulfat mit Hg i. stat. nasc. zu HgS reduziert und letzterer jodometrisch bestimmt wird. Auch für die Schwefelbestimmung ist das Säureveraschungsverfahren mit rauchender HNO3, Cu(N03)2 und KCIO3 angewendet worden (11). Gute Resultate liefert die Zerstörung der organischen Substanz durch Hydro- peroxyd (12). Auch für die Sulfatbestimmung besitzen wir in der durch Hamburger (13) ausgebildeten mikrovolumetrischen Methode ein aus- gezeichnetes Hilfsmittel, das es ermöglicht, S-Bestimmungen in geringen Materialmengen sehr rasch durchzuführen. Zum Kiesel säure -Nachweise wären noch die Angaben von Sal- KOWSKI (14) zu vergleichen. 1) Th. Brunner, Ztsch. analyt. Chem., 20, 390 (1881). — 2) F. Emicii, Ebenda, 32, 163 (1893); Bot. Zentr., 5=i, 299 (1893). — 3) G. S. Fraps, Journ. Amer. Chem. Soc, 24, 346 (1902). — 4) L. de Konin(;k u. Nihoul, Chem. Zentr. (1894), II, 343. Halverson, Journ. Amer. Chem. Soc, 41, 1491 (1919). — 5) Glaser, Chem.-Ztg. (1894), p. 1448; v. Asboth, Ebenda, 79, 2040 (1895); A. Neumann und J. Meinertz, Ztsch. physiol. Chem., 43, 36 (1904). — 6) G. Modrakowski, Ebenda, 38, 562 (1903). — 7) W. E. Barlow u. Tollens, Journ. Landw., 51, 289 (1903); Barlow, Journ. Amer. Chem. Soc, 26, 341 (1904). — 8) Berthelot u. Andre, Compt. rend., 105, 1217 (1887); 128, 17 (1899). — 9) Silberberger, Ber. chem. Ges., 36, 2756 (1903). — 10) Klobukow, Ebenda, 18, 1861 (1885). — 11) C. G. L. Wolf u. E. Österberg, Biochem. Ztsch., 29, 429 (1910). — Sulfatbestimmung: G. Bruhns, Ztsch. analyt. Chem., 45, 573 (1906); 0. Folin, Joürn. Biol. Chem., x, 131 (1906); H. Schreiber, Journ. Amer. Chem. Soc, 32, 211 (1910). A. R. Thompson, Ebenda, 35, 1628 (1913). Verbrennung mit HNO,: Krieger, Chem.-Ztg., 39, 22 (1915). Levi, Ann. di chim. appl., 2, I, 9 (1914). Kritik: Federer, Ztsch. physiol. Chem., 94, 128 (1915). Sulfat-S: Stevens, Analyst, 40, 275 (1915); de Jong, Chem. Weekbl., 12, 626 (1915); im Boden: Brown u. Kellogg, Journ. Ind. Eng. Chem., 7, 686 (1915). — 12) E. Salkowski, Ztsch. physiol. Chem., 96, 323 (1916). Trnka, Vestn. siez. cesk. prir. 1915, p. 272. — 13) Hamburger, Biochem. Ztsch., 77, 168 (1916). Ztsch. physiol. Chem.. 100, 221 (1917). Bestimm, als Benzidinsulfat: Liebesny, Biochem. Ztsch., 105, 43 (1920). — 14) E. Salkowski, Ztsch. physiol. Chem., 83, 143 (1913). Lenher u. Truog, Journ. Amer. Chem. Soc, 38, 1050 (1916). Horvath, Ztsch. analyt. Chem., 55, 513 (1916). 540 Siebenundfünfzigstes Kapitel: Der Mineralstoffvrechsel der Wurzeln. Für die Auffindung von Spuren von Borsäure kommt außer der bekannten Curcuminprobe und der Flammenfärbung auch die Herstellung von Borsäure-Methylester in Betracht: Bertrand und Agulhon(I). Zum Nachweise von Spuren von Chlorwasserstoffsäure kann nachstehendes Verfahren von Villiers und Fayolle (2) dienen, bei welchem Gegenwart von Bromiden und Jodiden irrelevant ist. Die zu prüfende Flüssigkeit wird auf das Volumen von 10 ccm gebracht und in einem Kolben mit Schwefelsäure und KMn04 oxydiert. Die übergehenden Dämpfe leitet man in eine mit Essigsäure versetzte Anilinlösung ein, in der Gl in größerer Verdünnung eine violette oder blaue Färbung, bei Gegenwart größerer Mengen einen schwarzen Niederschlag von Oxydationsprodukten erzeugt. Ist Br und J nicht zugegen, so kann man noch weniger als 1 mg HCl auf diese Art nachweisen; bei Gegenwart von Br und J ist die Empfindlichkeit der Probe geringer. CNH darf nicht zugegen sein. Beim gewöhnlichen Veraschen findet immer Verlust durch Verflüchtigung von Chloriden statt. Zahlen- angaben hierüber hat Davies (3) gemacht. Bei Zusatz von NaXOg (5% der Substanz) ist der Verlust selbst bei MgClg vermieden. Für die Ausführung der bekannten Chlortitration nach Volhard sind die kritischen Bemerkungen von Rothmund und Bu^rgstaller (4) wichtig. Hinsichtlich des Verfahrens der Chlorbestimmung in eiweißhaltigen Flüssigkeiten vgl. Gazzetti (5). Die Methoden zum Nachweise freier HCl, welche für die Untersuchung des tierischen Magensaftes große Bedeutung haben (6), kommen zu botanisch- physiologischen Zwecken einstweilen nicht in Betracht. Über den Nachweis von Bromid in Gegenwart von Jod haben Villiers und Fayolle (7) gleichfalls Versuche angestellt. Als Reagens auf freies Brom dient nach Deniges (8) die farblose Mischung von Fuchsin und Natriumbisulfit ; Cl erzeugt gleichfalls Rötung. Pozzi- Escot (9) weist Brom in sehr kleinen Mengen mikrochemisch als Tribrom- anilinfällung nach. Kleine Jodmengen weisen Fendler und St über (10) nach Ver- seifung und Verkohlung des Materials mittels Oxydation durch Nitrit oder 1) G. Bertrand u. H. Agulhon, Bulh Soc. Chim. (4), 7, 90 u. 125 (1910) Bull. Sei. Pharm., 21, 65 (1914); zum Borsäurenachweis: G. Fendler, Zisch. Unt. Nähr. Gen.mitt., iz, 137 (1906); L. Wolfrijm u. J. Pinnow, Ebenda, p. 144 V. Castellana, Gazz. chim. ital., j6, I, 106, 232 (1906); G. Velardi, Ebenda, p. 230; W. H. Low, Journ. Amer. Cham. Soc, 28, 807 (1906); Spindler, Ztsch Unt. Nähr. Gen.mitt., 70, 478 (1905); L. Robin, Bull. Sx)c. Chim., jj, 602 (1913) A. Partheil u. J. A. Rose, Ber. ehem. Ges., 34, 3611 (1901). Halphen, Ann. des Falsif., 8, 1 (1916). — 2) A. Villiers u. Fayolle, Compt. rend., 118, 1152, 1204 (1894). — 3) H. E. Davies, Chem. Zentr. (19Ö1), I, 916. — 4) V. Rothmund u. A. Burgstaller, Ztsch. anorg. Chem., 6j, 330 (1909). — 5) C. Gazzetti, Archiv. Fisiol., II, 81 (1913); auch St. v. BogdAndy, Ztsch. physiol. Chem., 84, 11 (1912); Cl-Bestimmung in Reis: A. R. Thompson, Journ. Amer. Chem. Soc, J5, 1628 (1913). Über Cl-Bestimmung ferner: de Jong, Chem. Weekbl, 12, 592 (1915); Robertson, Journ. Chem. Soc, J07, 902 (1915); McLean u. van Slyke, Journ. Biol. Chem., 21, 361 (1915); Journ. Amer. Chem. Soc, 37, 1128 (1915). — 6) Vgl. z. ,B. Fr. Simon, Berliner, klin. Woch.schr., 43, 1431 (1906). — 7) Villiers u. Fayolle, Compt. rend., iiB, 1265 (1894). Bromidbestimmung: BoGDÄNDY, 1. c — 8) G. Denigäs u. L. Chellu, Ebenda, 155, 1010 (1912); J. GuARESCHi, Ztsch. analyt. Chem:, 52, 607 (1913). — 9) M. E. Pozzi-Escot Ann. Chim. analyt. appl., 22, 316 (1907). Zur Brombestimmung: Robertson, 1. c; Winkler, Ztsch. angew. Chem., 28, All (1915); Autenrieth, Münch. med, Woch.schr., 65, 33. — 10) G. Fendler u. W. Stüber, Ztsch. physiol. Chem., 89, 123 (1914). Anhang: Methodische Hinweise. 541 Bichromat und Ausschütteln mit CSg oder CCI4 nach. Zur Jodbestimmung in organischen Substanzen vgl. Blum und Grützner (1). Hinsichthch der Bestimmung von Fluor seien die Arbeiten von JoDLBAUER (2) und vou Leiningen-Westerburg (3) hervorgehoben. Auf die analytischen Methoden, welche bei der Bodenuntersuchung Anwendung finden, braucht hier wohl nicht näher eingegangen zu werden. Von Arbeiten auf diesem Gebiete seien diejenigen von Förster (4) und von Cameron (5) als größere allgemeine Studien genannt. 1) F. Blum u. R. Grützner, Ztsch. physiol. Chera., 85, 429 (1913). Be- stimmung kleiner Jodmengen: Kendall, J'ourn. Biol. Chem., ig, 251 (1916). Krauss, Ebenda, 24, 321; 32, 151 (1915); Rupp u. Lehmann, Arch. Pharm. 253, 443 (1915); W. Lenz, Sitz.ber., preuß. Ak. Berlin 1916, p. 1028; Fouque, Bull. Soc. Chim. (4), 19, 270 (1916); Tarugi, Gazz. chim. ital., 48, I, 1 (1918). — 2) Jodlbauer, Ztsch. Biol., 41, 487 (1901). — 3) W. Graf zu Leiningen-Westerburg, Dissert. München (1904); Ztschi-. Krystall., 42, 664 (1906). — 4) 0. Förster, Chem. -Ztg., 28, 36 (1904). — 5) F. K. Cameron u. F. J. Breazeale, Jourh. Amer. Chem. Soc, 26, 29 (1904). I missmmmm,iti?m\