Eine wellenlängenabhängige Atmungssteigerung während der Photosynthese von Chlorella

Summary

During 20 min of photosynthesis in red light (λ 680 nm) the rate of O₂-production of Chlorella remains constant; in blue light (λ 455 nm), however, it decreases within 5–10 min from the initially high rate to a stable lower rate (Fig. 1a and b). Two action spectra (measured at non-compensating intensity) of photosynthetic O₂-production, one determined for the beginning (0.–5. min=“early”), the other for the end (15.–20. min=“late”) of this light period are, therefore, congruent in the red and divergent in the blue part of the visible spectrum (Fig. 6a). The difference between both spectra—expressed in terms of the ratio of “late” to “early” O₂-production (l/e×100; or S/F×100 in Fig. 6a)—is most pronounced around λ 460nm, smaller in near ultraviolet and green light and nonexistent in orange, red, and far red (Fig. 6b). This spectral dependence of the decline in O₂-liberation during photosynthesis with different wavelengths resembles the action spectrum for an enhancement of endogenous respiration by light of an achlorophyllous, yellow Chlorella mutant (Kowallik, 1967) (Fig. 9 upper), a fact which led us to examine the following dark respiration. The latter is enhanced after exposure to all wavelengths tested; after red light it is enhanced for only a few minutes, probably because of rapid decomposition of intermediates of photosynthesis. After blue light, however, the initial enhancement decreases only slowly, a fact which indicates an additional long lasting, specific effect of blue light (Fig. 3). An approximative action spectrum for this long lasting enhancement of respiration after photosynthesis—determined with the O₂-consumption following λ_x as per cent of that after λ_{680 nm} — also shows one high peak around λ 460 nm, rather steep slopes to the short and the long wave sides and no effect of red light (Fig. 5; compare Fig. 9, lower).—Calculation of “late” photosynthetic O₂-production using the following instead of the preceding dark-O₂-uptake yields an action spectrum which does not deviate any more from the one of “early” O₂-production, calculated with the preceding dark-O₂-uptake (Fig. 7).

In DCMU-poisoned Chlorella the O₂-uptake is strongly enhanced in blue but not in red light (Fig. 2). Glucose-fed algae in which respiration can no longer be light-stimulated (Kowallik, 1966) do not show any decrease in the rate of O₂-production in blue light (Fig. 8). The course of CO₂-exchange in blue and red light resembles that of O₂-exchange.

We feel that these results indicate a wavelength dependent enhancement of respiration in photosynthesizing Chlorella.

Zusammenfassung

• 1. Bezogen auf den vorangehenden respiratorischen Dunkel-O₂-Verbrauch nimmt die O₂-Freisetzung von Chlorella pyrenoidosa (211-8b) im Blaulicht im Laufe von rund 10 min bis zur Einstellung einer konstanten Rate ab, während sie im quantengleichen Rotlicht über die 20minütige Meßzeit konstant bleibt.

• 2. Aktionsspektren für anfängliche (0.–5. min) und spätere (15. bis 20. min) O₂-Freisetzung decken sich deshalb nur im langwelligen, divergieren jedoch stark im kurzwelligen Teil des sichtbaren Spektrums. Die Abweichung ist am größten um λ 460 nm, kleiner im Grün und im kurzwelligen Blau und wieder ausgeprägter im nahen UV; sie verschwindet im Gelb, Hellrot und Dunkelrot.

• 3. Im Dunkeln nach Blau ist die O₂-Aufnahme der Algen langfristig, nach Rot nur kurzfristig erhöht. Ein unter weitgehendem Ausschluß der kurzfristigen, photosynthesebedingten Atmungsspitze gewonnenes Aktionsspektrum für die auf Belichtung folgende langfristige Atmungssteigerung ähnelt demjenigen für den Abfall in der O₂-Produktion. Beide Spektren gleichen dem früher bei einer chlorophyllfreien Chlorella-Mutante für eine Atmungssteigerung im Licht gemessenen.

• 4. Der Unterschied zwischen den Aktionsspektren für anfängliche (0.–5. min) und spätere (15.–20. min) O₂-Produktion (vgl. 2.) verschwindet weitgehend, wenn man für die Ermittlung letzterer statt des vorangehenden, den nachfolgenden Dunkel-O₂-Verbrauch berücksichtigt.

• 5. Bei DCMU-gehemmter Photosynthese ist die O₂-Aufnahme während Blaubelichtung deutlich gegenüber derjenigen in vorangegangenem Dunkel oder parallelem, quantengleichem Rot erhöht.

• 6. Bei Glucosezusatz und damit voll ausgelasteter Atmung ist im Laufe einer 15minütigen Blaubelichtung kein Abfall in der O₂-Produktion feststellbar; sie verläuft ebenso wie im Rotlicht.

• 7. Die CO₂-Abgabe, die mit Belichtungsbeginn gegenüber derjenigen im vorangegangenen Dunkel abnimmt (keine Kompensation!), steigt im Blau im Laufe von etwa 5 min wieder etwas an, bleibt im Rot dagegen über die Meßzeit konstant verringert.

• 8. Aus den Daten wird geschlossen, daß die Atmung von Chlorella während der Photosynthese in kurzwelligem sichtbarem Licht erhöht sein kann.