Advertisement

Archives of Microbiology

, Volume 111, Issue 1–2, pp 161–170 | Cite as

Die stoffwechselphysiologischen Benziehungen Zwischen Paramecium bursaria Ehrbg. und Chlorella spec. in der Paramecium bursaria-Symbiose

II. Symbiose-spezifische Merkmale der Stoffwechselphysiologie und der Cytologie des Symbioseverbandes und ihre Regulation
  • Werner Reisser
Article

Zusammenfassung

Der endosymbiontische Verband von Paramecium bursaria Ehrbg. mit Chlorella spec. (grünes Paramecium) wurde physiologisch und cytologisch untersucht. Ein Vergleich der Eigenschaften der Symbiosecinheit mit denen der getrennt kultivierten Symbiosepartner ergab die folgenden Merkmale und Unterschiede: 1. Der symbiontische Verband hat bis zu einer Beleuchtungsstärke von 6000 lux eine stärkere Photosyntheseleistung als die aus ihm isolierte und in Massenkultur in einem definierten Medium kultivierte Alge. Algenfreie P. bursaria zeigen nur eine minimale Fähigkeit zur CO2-Fixierung. 2. Der Kompensationspunkt der Photosynthese liegt beim algenhaltigen Paramecium bei ca. 4000–5000 lux, derjenige der getrennt kultivierten Alge bei ca. 200–400 lux. 3. Die Symbioseeinheit hat im Dunkeln im Vergleich mit algenfreien P. bursaria einen niedrigeren, im Vergleich mit der frei kultivierten Alge jedoch einen höheren Sauerstoffbedarf. 4. Das grüne Paramecium nimmt weniger Kohlenhydrate aus dem Medium auf als algenfreie Paramecien, hat aber eine höhere Aufnahmeleistung als die isoliert gezogenen Algen. 5. Im Symbioseverband besitzt die symbiontische Alge im Licht eine kompakte Lagerung der photosynthetischen Membranen und eine massive Stärkeablagerung. Die Vergiftung der Photosynthese durch 3-(3,4-Dichlorphenyl)-1,1-dimethylharnstoff (DCMU) oder die Kultur im Dunkeln führt in algenhaltigen Paramecien zu einer aufgelockerten Lagerung der Thylakoide und einer Verringerung der Stärkeablagerung. Die Algen-population unterliegt im symbiontischen Verband einem komplexen Regulationsmechanismus, bei dem u. a. der intracelluläre Kohlenhydratspiegel eine Rolle spielt. Die geschilderten Ergebnisse werden im Zusammenhang mit der Ökologie des grünen P. bursaria diskutiert.

The metabolic interactions between Paramecium bursaria Ehrbg. and Chlorella spec. in the Paramecium bursaria-symbiosis

II. Symbiosis-specific properties of the physiology and the cytology of the symbiotic unit and their regulation

Abstract

The endosymbiotic association of Paramecium bursaria Ehrbg. with Chlorella spec. (green Paramechim) was studied both physiologically and cytologically. Comparison of the properties of the symbiotic unit with those of the symbiotic partiners which bad been isolated from it revealed the following features and differences: 1. Up to 6000 lux the photosynthetic capacity of the symbiotic unit is higher than that of the isolated symbiotic algae grown independently in mass culture under defined conditions. Alga-free. Paramecium bursaria (colourless Paramecium) show a very low rate of CO2-fixation. 2. The green Paramecium has a higher compensationpoint of photosynthesis (4000–5000 lux) than the isolated alga (200–400 lux). 3. Green paramecia consume less oxygen in darkness than colourless organisms but more than the isolated algae. 4. The uptake of carbohydrates from the culture medium by green paramecia is lower than the uptake by alga-free P. bursaria but higher than the one of the isolated algae. 5. Symbiotic algae within the intact symbiotic unit show tightly packed photosynthetic membranes and an intense deposition of starch. In the presence of 3-(3,4-Dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea (DCMU) or in darkness the arrangement of thylakoids is less compact and the deposition of starch is reduced. The growth and the number of the symbiotic algae in situ is regulated by a complex mechanism to which the intracellular level of carbohydrates belongs. The results are discussed in connection with ecological aspects of the Paramecium bursaria-endosymbiosis.

Key words

Paramecium bursaria Chlorella Symbiosis Regulation 

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

Literatur

  1. de Bary, A.: Die Erscheinung der Symbiose. Strassburg: Trübner 1879Google Scholar
  2. Brown, J. A., Nielsen, P. J.: Transfer of photosynthetically produced carbohydrate from endosymbiotic Chlorellae to Paramecium bursaria. J. Protozool. 21, 569–570 (1974)Google Scholar
  3. Dangeard, P. A.: Les Zoochlorelles du Paramaecium bursaria. Le Botaniste 7, 161–191 (1900)Google Scholar
  4. Le Dantee, F.: Recherches sur la Symbiose des Algues et des Protozoaires. Ann. Inst. Pasteur 6, 190–198 (1892)Google Scholar
  5. Egle, K.: Apparente und reelle Photosynthese, Gaswechselgleichgewicht, Lichtatmung. In: Handbuch der Pflanzenphysiologie, Bd. V/1 (W. Ruhland, Hrsg.), S. 182–210. Berlin-Göttingen-Heidelberg: Springer 1960Google Scholar
  6. Engelmann, T. W.: Neue Methode zur Untersuchung der Sauerstoffausscheidung pflanzlicher und thierischer Organismen. Pflügers Arch. ges. Physiol. 25, 285–292 (1881)Google Scholar
  7. Famintzin, A.: Beitrag zur Symbiose von Algen und Thieren. Mém. de l'Acad. Imp. d. sc. 38, 1–17 (1891)Google Scholar
  8. Gergis, M. S.: A colorless Chlorella mutant containing thylakoids. Arch. Mikrobiol. 68, 187–190 (1969)Google Scholar
  9. v. Holt, C.: Uptake of glycine and release of nucleoside-polyphosphates by Zooxanthellae. Comp. Biochem. Physiol. 26, 1071–1079 (1968)Google Scholar
  10. Karakashian, M. W., Karakashian, S. J.: Intracellular digestion and symbiosis in Paramecium bursaria. Exp. Cell Res. 81, 111–119 (1973)Google Scholar
  11. Karakashian, S. J.: Growth of Paramecium bursaria as influenced by the presence of algal symbionts. Physiol. Zool. 36, 52–68 (1963)Google Scholar
  12. Karakashian, S. J.: Morphological plasticity and the evolution of algal symbionts. Ann. N.Y. Acad. Sci. 175, 474–487 (1970)Google Scholar
  13. Karakashian, S. J., Karakashian, M. W., Rudzinska, M. A.: Electron microscopic observations on the symbiosis of Paramecium bursaria and its intracellular algae. J. Protozool. 15, 113–128 (1968)Google Scholar
  14. Loefer, J. B.: Effect of certain “peptone” media and carbohydrates on the growth of Paramecium bursaria. Arch. Protistenk. 87, 142–150 (1936)Google Scholar
  15. Luft, J. H.: Improvements in epoxy resin embedding methods. J. biophys. biochem. Cytol. 9, 409–414 (1961)Google Scholar
  16. Mekinney, G.: Aborption of light by chlorophyll solutions. J. biol. Chem. 140, 315–322 (1941)Google Scholar
  17. Muscatine, L.: Endosymbiosis of cnidarians and algae. In: Coelenterate biology: Reviews and new perspectives (L. Muscatine, H. M. Lenhoff, eds.), pp. 359–395. New York: Academic Press 1974Google Scholar
  18. Muscatine, L., Karakashian, S. J., Karakashian, M. W.: Soluble extracellular products of algae symbiotic with a ciliate, a sponge and a mutant Hydra. Comp. Biochem. Physiol. 20, 1–12 (1967)Google Scholar
  19. Nozawa, K., Taylor, D. L., Provasoli, L.: Respiration and photosynthesis in Convoluta roscoffensis Graff, infected with various symbionts. Biol. Bull. 143, 420–430 (1972)Google Scholar
  20. Pado, R.: Mutual relation of protozoans and symbiotic algae in Paramaecium bursaria. I. The influence of light on the growth of symbionts. Folia biol. (Praha) 13, 173–182 (1965)Google Scholar
  21. Pado, R.: Mutual relation of protozoans and symbiotic algae in Paramaecium bursaria. II. Photosynthesis. Acta Soc. bot. pol. 36, 97–108 (1967)Google Scholar
  22. Pado, R.: Spectral activity of light and phototaxis in Paramecium bursaria. Acta Protozool. 11, 387–393 (1972)Google Scholar
  23. Palade, G. E.: A study of fixation for electron microscopy. J. exp. Med. 95, 285–298 (1952)Google Scholar
  24. Pardy, R. L.: The morphology of green Hydra endosymbionts as influenced by host strain and host environment. J. Cell Sci. 20, 655–669 (1976)Google Scholar
  25. Pardy, R. L., Dieckmann, C.: Oxygen consumption in the symbiotic hydra Hydra viridis. J. exp. Zool. 194, 373–378 (1975)Google Scholar
  26. Pardy, R. L., Heacox, A. E.: Growth of algal symbionts in regenerating Hydra. Nature (Lond.) 260, 809–810 (1976)Google Scholar
  27. Pringsheim, E. G.: Physiologische Untersuchungen an Paramaecium bursaria. Arch. Protistenk. 64, 289–418 (1928)Google Scholar
  28. Quispel, A.: Lichens. In: Handbuch der Pflanzenphysiologie, Bd. XI (W. Ruhland, Hrsg.), S. 577–604. Berlin-Göttingen-Heidelberg: Springer 1959Google Scholar
  29. Reisser, W.: Zur Taxonomie einer auxotrophen Chlorella aus Paramecium bursaria Ehrbg. Arch. Microbiol. 104, 293–295 (1975)Google Scholar
  30. Reisser, W.: Die stoffwechselphysiologischen Beziehungen zwischen Paramecium bursaria Ehrbg. und Chlorella spec. in der Paramecium bursaria-Symbiose. I. Der Stickstoff- und der Kohlenstoffwechsel. Arch. Microbiol. 107, 357–360 (1976)Google Scholar
  31. Reynolds, E. S.: The use of lead citrate stain at high pH as an electron opaque stain in electron microscopy. J. Cell Biol. 17, 208–213 (1963)Google Scholar
  32. Saji M., Oosawa, F.: Mechanism of photoaccumulation in Paramecium bursaria. J. Protozool. 21, 556–561 (1974)Google Scholar
  33. Shneyour, A., Avron, M.: High biological activity in chloroplasts from Euglena gracilis prepared with a new gas pressure device. FEBS Letters 8, 164–166 (1970)Google Scholar
  34. Siegel, R. W.: Hereditary endosymbiosis in Paramecium bursaria. Exp. Cell Res. 19, 239–252 (1960)Google Scholar
  35. Starr, M. P.: A generalized scheme for classifying organismic associations. Symp. Soc. exp. Biol. 29, 1–20 (1975)Google Scholar
  36. Sud, G. C.: Volumetric relationships of symbiotic Zoochlorellae to their hosts. J. Protozool. 15, 605–607 (1968)Google Scholar
  37. Tartar, V.: Chimeras and nuclear transplantations in ciliates, Stentor coerulus x S. polymorphus. J. exp. Zool. 124, 63–103 (1953)Google Scholar
  38. Trebst, R.: Energy conservation in photosynthetic electron transport of chloroplasts. Ann. Rev. Plant Physiol. 25, 423–458 (1974)Google Scholar
  39. Treharne, R. W., Melton, C. W., Roppel, R. M.: Electron spin resonance signals and cell structure of Chlorella pyrenoidosa grown under different light intensities. J. molec. Biol. 10, 57–62 (1964)Google Scholar
  40. Vivier, E., Petitprez, A., Chivé, A. E.: Observations ultrastructurales sur les Chlorelles de Paramecium bursaria. Protistologica 3, 325–334 (1967)Google Scholar
  41. Weis, D. S.: Correlated growth of alga and protozoan in Paramecium bursaria. J. Protozool 14, 12–13 (1967)Google Scholar
  42. Weis, D. S.: Host-symbiont interaction in Paramecium bursaria. J. Protozool. 15, 17 (1968)Google Scholar
  43. Weis, D. S.: Regulation of host and symbiont population size in Paramecium bursaria. Experientia (Basel) 15, 664–666 (1969)Google Scholar
  44. Weis, D. S.: Sparing effect of light on bacterial consumption of Paramecium bursaria. Trans. Amer. micros. Soc. 93, 135–140 (1974)Google Scholar
  45. Weis, D. S., Berry, J. L.: Correlation of host mating behavior with species of endosymbiotic algae in Paramecium bursaria. J. Protozool. 21, 416 (1974)Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 1976

Authors and Affiliations

  • Werner Reisser
    • 1
  1. 1.Abt. Exp. Phykol. (W. Wiessner)Pflanzenphysiologisches Institut der UniversitätGöttingenBundesrepublik Deutschland

Personalised recommendations