Planta (Berl.) 83, 161--165 (1968)

Gibberellins/iure und Chlorophyllgehah des Blattes yon Phaseolus vulgaris L. I. SZ~L~ Pflanzenphysiologisches Institut der Universit~t Szeged (Ungarn) Eingegangen am 9. Juli 1968

Gibberellic Acid and Chlorophyll Content of Leaves o/Phaseolus vulgaris L. Summary. Chlorophyll contents of slightly ctflorotic Phaseolus vulgaris L. leaves which had developed in the presence of various GAs concentrations (0.01, 1, 10 and 100 ppm.) were determined and compared with those of the leaves of control plants. The test plants were raised in Knop's solution, under controlled conditions in a climate chamber; the chlorophyll was extracted on the 6th and 10th day after GAs treatment had been started. After having been separated into their components on thin layer ehromatograms, the pigment spots were eluted and their concentration was determined by means of a spectrophotometer. The quantity of total chlorophyll and of the components is expressed in tzg/g fresh weight and represented on diagrams. Our findings can be summed up as follows: (1) As a result of GAs treatment, the total chlorophyll content per surface unit of the leaf decreases, the decrease being proportional to the increase in concentration of GAs. (2) Particularly in the case of higher GAs concentrations, the decrease in the contents of chlorophyll-a is larger than that of chlorophyll-b. (3) The quantity of carotenes is almost doubled in the presence of 100 ppm. GA~. (4) An approximative decrease of 10% is to be noted in the quantity of xanthophylls (lutein -Vviolaxanthine -b neoxanthine). (5) Since these quantitative changes agree in many respects with those observed in the case of Hordeum (SzAL~, 1968), it may be assumed with utmost probability that GAs treatment results in a significant decrease of chlorophyll contents, probably not only in the case of the plants involved in the present work. EinleRung Die weitverbreitete~und erfolgreiche V e r w e n d u n g des Gibberellins i n der g/irtnerischen u n d landwirtschaftlichen Praxis ergab auch zahlreiche negative (unerwfinsehte) W i r k u n g e n , die sich teils i n u n g t i n s t i g e n Morphogenesen u n d tells m u n g i i n s t i g e n physiologischen V e r s manifestieren. I m Bereich der letzteren ist die Bleiche oder partielle ,,Chlorose" der m i t Gibberellin b e h a n d e l t e n P f l a n z e n g u t b e k a n n t . I n der Suehe n a c h einem Z u s a m m e n h a n g zwischen der G i b b e r e l l i n b e h a n d i u n gu n d der Chlorose der Bliitter k o n z e n t r i e r t e sich die A u f m e r k s a m k e i t vor allem auf die q u a n t i t a t i v e U n t e r s u e h u n g des Chlorophylls (BlsgoP u n d WmTTING~A~, 1961; MILLET et al., 1962). I n d e m sie den Chlorophyllgehalt der

162

I. Sz~A~:

BlOtter verschiedener, mit Gibberellin behandelter Arten untersuchten und mit jenem der BlOtter unbehandelter Pflanzen verglichen, kamen die Forseher im allgemeinen zur Schlui~folgerung, die Chlorophyllmenge nehme zwar in den mit Gibberellin behandelten Bliittern ab, doeh sei der Untersehied nicht signffikant (WOLF und HABE~, 1960; KO~O~ODA und ANGELUS, 1960). Zwisehen den Angaben in der Literatur und Effahrungstatsachen scheint ein gewisser Widerspruch zu sein; denn im Falle der mit Gibberellin behandelten Pflanzen - - insbesonders bei einer grSBeren Dose yon GA3 - - ist die Bl~tterchlorose derma•en auffallend, da~ sie yon einer signifikanten quantitativen oder qualitativen Veriinderung des Chlorophyllgehaltes bedingt sein mul~. Diese Zweifel bewegten den Autor, das Problem unter genau kontrollierten Laborverh~ltnissen bei verschiedenen GAa-Konzentrationen zu prfifen. Ahnliehe Versuehe mit Hordeum vulgare (SzAL~, 1968) ergaben eine signifikante, sowohl qualitative als auch quantitative Veri~nderung des Chlorophylls, woraus sieh die weitere Anregung ergab, das Experiment aueh mit einer dikotylen Pflanze durehzuffihren.

Material und Methode /)as Versuchsobjek~ (Phaseolus vulgaris L. var. nanus Mart.) wurde in einer Petri-Schale zum Keimen gebracht; die gleichm~[~ig entwickelten Keimlinge wurden in ~euchten Sand gepflanzt, wo sie bis zur Entfaltung der primordialen BlOtter verblieben. Die gleichm~l]igentwickelten Pflanzen warden aus dem Sand genommen, ihre Wurzel mit Wasser abgespiilt; je 10 Pflanzen wurden sodann in Bechergl~sern zu 250 ml, in Knopscher LSsung enthaltend 0,01; 0,1; 1,0; 10 bzw. 100 ppm. GAa, weitergeziichtet. Die Versuchspflanzen wuchsen in einer Klimakammer yon 6000 Lux Lichtst~rke, bei einer Temperatur yon 24--25~ r und 16--18~ in der Nacht, in Licht-Dunkelperioden yon 14:10 Std. Am 6. und 10. Tag nach Beginn des Versuches wurden den primordialen Bl~t~ern 1)roben zu je 1 g entnommen und ihr Chorophyllgehalt extrahiert ( S z ~ , 1968). Aus dem J~thanolextrakt wurde der Gehalt an Chlorophyll-a, Chlorophyll-b und Gesamtchlorophyll nach der Methode yon WI~T]~R~ANSundMoTs (1965) bestimmt. Zur Isolierung und Elution der Komponenten warde die Methode yon HAGE~und MnY~R-BERTn~AT~ (1962, 1966) benfitzt, w~hrend die Messung mit einem Photometer ,,Spektromom 360" durchge~fihrt w~rde. Ergebnisse und Bespreehung Die Wirkung des Gibberellins kommt auger der Verli~ngerung der Sprosse und dem :Flitchenwachstum der :BlOtter in der Chlorose der BlOtter und im Ausbleiben ihrer nyktinastisehen Bewegung zur Geltung. Die Gestaltung der Komponenten yon Chlorophyll-a und -b, bzw. der ~V[enge des Gesamtchlorophylls (Abb. 1) zeigt in den mit Gibberellin behandelten Pflanzen, gleichzeitig mit dem Anstieg der/~onzentration, eine Verringerung des Gesamtchlorophyllgehaltes um 24%, an der jedoch die beiden Grtinkomponenten nieht im gleichen AusmaB teilhaben. I m Versuch yon 6 Tagen nahm Chlorophyll-a um 23 % und Chlorophyll-b nur um 15 % ab,

Gibberellinsi~ure und Chlorophyllgehalt bei Phaseolus vulgaris 1 000 Pg/g

3 000 It.gig

Chl-ct

_~

2000

7uge)

500

o 9.

I

I

K 0.01

N

Cht - b

" \.

c~i.

1 000

0

163

I

I

I

0.1 1 10 ppm GA 3

I

100

Abb. 1. Einflu$ der verschiedenen Konzentrationen yon GA3 auf den Chlorophyllgehalt des PhaseolusBlattes am 6. und 10. Tag nach Beginn des Versuches. (Aus dem •thanolextrakt)

[

I

K

0.01

I

I

I

0.1 1 10 ppm GA 3

Abb. 2. Einflu8 der verschiedenen Konzentrationen yon GAa auf die 1V[engeyon Chlorophyll-aundChlorophyU-b am 10. Tag nach Beginn des Versuches. (Auf Grund der Chromatogramm-Flecke)

1 000 ~g/g

~

thophyIl

7x

500

~_~----~, o ~ ~ Abb. 3. Einflu6 der versehiedenen Konzentration yon GAa auf die Menge der Gelbpigmente des Blattes. (Auf Grund der ChromatogrammFlecke)

I

100

~

Neoxanthin T

K

~

0.01

I

]

0.1 1 ppm GA 3

I

I

10

100

w/~hrend i m Versuch y o n 10 T a g e n der Gehalt der b e h a n d e l t e n P f l a n z e n a n Gesamtchlorophyll u m 52 %, a n Chlorophyll-a urn 56 % u n d a n Chlorophyll-b u m 42 % niedriger war als i m u n b e h a n d e l t e n K o n t r o l l m a t e r i a l . Falls die Menge der C h l o r o p h y l l - K o m p o n e n t e n aus i h r e m auf D i i n n schicht isoliertem E l u a t b e s t i m m t wird, zeigt sich i m Chlorophyll-a u n d -b ein Riickfall y o n 65% bzw. 44% i m Vergleich m i t d e n K o n t r o l l p f l a n z e n (Abb. 2).

164

I. SZALAI:

Bei den Gelbkomponenten war folgender Vorgang zu beobachten (Abb. 3) : Infolge der Behandlung mit GA 3 n~hm die Menge des Xanthophylls um etwa 10% ab. Von seinen Derivaten ergibt mengenm~Big das Lutein die eine, Violax~nthin und Neoxanthin gemeinsam die andere It/flfte, wobei das letztere etwas schw~cher vertreten ist. Gleichlaufend mit dem Anstieg der GA3-Konzentration n i m m t die Luteinmenge u m ca. 20% ab; das Viol~xanthin verh~lt sich genau umgekehr~, d.h. es n i m m t mengenm~Big zu, w~hrend Neoxanthin im groBen und ganzen unver/~ndert bleib~. Die Menge der Carotinoide n i m m t infolge der Gibberellinbehandlung bei schw/~cheren Konzen~rationen ab, und bei st~rkeren Konzentrationen zu, u m sich in einer L6sung yon 100 p p m schon beinahe zu verdoppeln. Aus den Versuchsergebnissen l~Bt sich feststellen, dab die Bl/~ttervergflbung der mit GA s behandelten Pflanzen zum Tefl auf einer erheblicheren Verringerung der Menge yon (bls Chlorophyll-a beruht, w~hrend sich die Menge des (gelblich-grfinen) Chlorophyll-b weniger ver~ndert (Abb. 2); allein dieser Vorgang ergibt ein Verbl~ssen der gr/inen F~rbe. Ein weiterer F a k t o r der B1/~ttervergilbung ist die bedeutende mengenm~Bige Zunahme der Carotine. Die summierte Wirkung der entgegengeset:ztenJ~nderungen ergibt die p~rtielle Chlorose der BlOtter. SehlieBlich sei als drit~er F a k t o r der Vergflbung die yon der GA3-Beh~ndlung bewirkte erhebliche Vergr6Berung der Blattfl~che genannt, wodureh die Chlorophyllmenge pro Fl~eheneinheit verringert wird. Diese Tatsache wird vor allem yon BisgoP und W~ITTI~O~AM betont (1961). Sie vertreten die Meinung, in den mit GA~ behandelten Erbsenbl~ttern nehme nicht der Chlorophyllgehalt der einzelnen Zellen ab, sondern die Bla~tfl/~che werde grSBer und d/inner und demzufolge der optische Weg der Lichtabsorption k/irzer. Litemtur BisHoP, P., and C. P. WmTTI~OH~: Gihberellie acid and chlorophyll content of leaves of meteor peas. Nature (Lond.) 11, 576 (1961). BRixze, P. W. : Effects of gibberellins on plant growth and development. Biol. Rev. 34, 37 (1959). HAGEI~, A., U. T. MEYER-B~RT]~I~I~ATH:Verteilungschromatographische Trennung

yon Chlorophyllen und Carotinoiden gr~ner Pflanzen an Diinnschichten. Planta (Berl.) ~8, 546--568 (1962). - - Die Isolierung und quantitative Bestimmung der Carotinoide und Chlorophylle yon Bl~ttern, Algen und isolierten Chloroplasten mit Hflfe diinnschiehtchromatographischer Methoden. Planta (Berl.) 69, 198--217 (1966). KO~O~ODA,J., and W. A~r The effect of gibberellie acid on the concentration of chlorophyll in pea leaves. Zeszyty Naukowe 4, 113--116 (1960). MmL~T, B., H. T~vAN~, J. P. pE~v,y et M. M~r Pigments chlorophylliens et gibberelline. Ann. Sci. Univ. Besanpon 18, 109--114 (1962). -

-

Gibberellinsgure und ChlorophyllgchMt bei Phaseolus vulgaris

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SZAL~I,I.: Certain morphological changes in and the water loss of Phaseolus vulgaris L., var. nanus L. Mart. treated with gibberellin. Bot. K6zlem. 62, 193--199 (1965). - - Relation between the chlorophyll content and paleness of the gibberellic acidtreated leaves. (In Vorbercitung.) WI~TEt~IA~S, S. F. G. M., and A. DE MOTS: Spectrophotemetric characteristics ol chlorophylls and their phaeophytins in ethanol. Biochem. biophys. Aeta (Amst.) 109, 448 (1965). WOL~, F. T., and A. H. HA~ER: Chlorophyll content of gibbcrellin treated wheat seedlings. Nature (Lond.) 186, 217 (1960). Professor Dr. I. SZALAI Pflanzcnphysiologisches Institut der Universit~t Szeged, 428 (Ungarn)

[Gibberellic acid and chlorophyll content of leaves of phaseolus vulgaris L].

Chlorophyll contents of slightly chlorotic Phaseolus vulgaris L. leaves which had developed in the presence of various GA3 concentrations (0.01, 1, 10...
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