Photocontrol of anthocyanin formation in turnip seedlings

Summary

The substitution of far-red for the first six hours of a prolonged irradiation with red light resulted in a large increase in anthocyanin yield, which was greater than the combined yields from far-red and red when the two treatments were given separately. When intermittent far-red irradiation was followed by a single short exposure to red, a considerable amount of anthocyanin was formed, although each treatment given separately had little effect. Four hours continuous far-red alone yielded some anthocyanin and also resulted in a further large increase in the effect of a short red treatment; this terminal red effect was fully reversible by a subsequent brief exposure to far-red. It is concluded that at least two photochemical reactions are involved in the responses to red and far-red, the first leading to the formation of substrate(s) used in the second reaction.

When red light preceded exposure to the far-red/red irradiation sequence, the far-red enhancement effect was almost entirely lost and the anthocyanin yield approached that in red light. The effect of the red pre-irradiation treatment is attributed to destruction of phytochrome and it is suggested that phytochrome is the only pigment mediating anthocyanin synthesis in red and far-red. A possible interpretation is that the “high-energy” reaction in far-red and the low energy red/far-red reversible reaction are mediated by different forms of phytochrome.

The substitution of blue for the first six hours of a prolonged irradiation with red light also resulted in a synergistic increase in anthocyanin yield; the enhancement effect of blue light was, however, not prevented by prior exposure to red. It is concluded that phytochrome is not the only pigment mediating the reactions occurring in blue light. The synergism between blue and red suggests that the “high-energy” reaction in blue light may lead to the production of substrates for phytochrome action.

Zusammenfassung

Die Substitution der ersten 6 Std einer Hellrot-Dauerbestrahlung durch Dunkelrot führte zu einem starken Anstieg im Anthocyangehalt, der höher war als die Summe aus Dunkelrot und Hellrot, wenn beide Bestrahlungen getrennt gegeben wurden. Folgte auf intermittierende Dunkelrot-Bestrahlung eine einmalige Dosis Hellrot, bildete sich eine beträchtliche Menge Anthocyan, obwohl jede Bestrahlung für sich kaum wirksam war. 4 Std Dauerdunkelrot induzierten bereits meßbare Anthocyanbildung, die durch kurze Hellrot-Bestrahlung weiter gesteigert werden konnte; der Effekt dieser terminalen Dosis Hellrot konnte durch nachfolgende kurze Dunkelrot-Bestrahlung wieder rückgängig gemacht werden. Daraus wird geschlossen, daß wenigstens zwei photochemische Reaktionen bei Bestrahlung mit Hellrot und Dunkelrot ablaufen, wobei die erste Substrat(e) für die zweite produziert.

Wurde vor einer Dunkelrot-Hellrot-Sequenz mit Hellrot bestrahlt, ging die fördernde Wirkung von Dunkelrot fast vollständig verloren und der Anthocyangehalt entsprach annähernd dem in Hellrot. Der Effekt der Hellrot-Vorbestrahlung wird auf die Destruktion von Phytochrom zurückgeführt und es wird vermutet, daß Phytochrom das einzige Pigment ist, das bei der Anthocyansynthese in Hellrot und Dunkelrot beteiligt ist. Eine mögliche Interpretation wäre, daß die “Hochenergiereaktion” in Dunkelrot und die Hellrot-Dunkelrot reversible Niederenergiereaktion durch verschiedene Formen von Phytochrom vermittelt werden.

Die Substitution der ersten 6 Std einer Dauerbelichtung mit Hellrot durch Blau ergab ebenfalls eine synergistische Zunahme im Anthocyangehalt. Der fördernde Effekt von Blaulicht konnte jedoch durch Vorbestrahlung mit Hellrot nicht verhindert werden. Daraus wird geschlossen, daß Phytochrom nicht das einzige Pigment sein kann, das die Reaktionen in Blaulicht vermittelt. Der Synergismus zwischen Blau und Hellrot läßt vermuten, daß die Hochenergiereaktion in Blau zur Produktion von Substrat führt, mit dem Phytochrom reagieren kann.