Zur Versuchsmethodik und Berechnung der Permeabilität pflanzlicher Protoplasten

Zusammenfassung

Nach einer kurzen Erwähnung der für eine Permeabilitätsmessung üblichen Überlegungen werden die experimentellen Methoden je nach der Art des ausgewerteten Phänomens in drei Gruppen eingeordnet:

• 1. Die osmotischen Methoden, welche die unmittelbar zu erkennenden Volumänderungen der Vakuole auswerten. Sie werden weiter in die plasmolytischen Methoden und die Turgeszenzmethoden unterteilt, je nachdem, ob eine Abhebung des Protoplasten erfolgt oder unterbleibt.

• 2. Die übrigen physikalischen Methoden, welche auf Farbreaktionen, Messungen des spezifischen Gewichtes, der elektrolytischen Leitfähigkeit, Radioaktivität usw. beruhen.

• 3. Die chemischen Methoden, welche qualitative und quantitative Nachweisverfahren des Stoffeintritts behandeln.

Anschließend folgt eine Analyse der Verhältnisse bei einem Permeabilitätsversuch nach der plasmolytischen Methode, wobei vorgeschlagen wird, den Versuchsverlauf in vier Phasen (Anfangsphase, Kontraktionsphase, Rückdehnungsphase und Endphase) einzuteilen.

Für Versuche nach der plasmometrischen Methode wird ferner ausgehend vom Fickschen Diffusionsgesetz eine Formel für ein Permeabilitätsmaß abgeleitet, bei welcher die vorkommenden variablen Größen (Partialkonzentrationen, Volumen, Oberfläche) durch eine einzige Veränderliche (die ProtoplastenlängeL) ersetzt sind, so daß die Ausgangsgleichung ohne Vernachlässigungen oder Vereinfachungen integrierbar ist. Die so resultierende Formel zur Berechnung der Permeabilität wird zunächst hinsichtlich des aus ihr ableitbaren Verhaltens des Protoplasten bei der Rückdehnung geprüft.

Es ergibt sich dabei, daß die Rückdehnung ganz allgemein proportional der Zeit verlaufen und ihre Geschwindigkeit bei gleichbleibender Permeabilitätskonstante abhängig von der Konzentration des betreffenden Diosmotikums sein soll. Da diese aus der Formel durch theoretische Überlegungen abgeleiteten Folgerungen durch die Experimente bestätigt werden, so dürfen die Permeabilitätsformel und die zu ihrer Berechnung angenommenen Voraussetzungen für die betrachtete Versuchsmethode als gesichert gelten.

Wird in Formel (9) die ProtoplastenlängeL ₀ (d. i. diejenige bei Endplasmolyse mit einem isotonischen Plasmolytikum) aus dem Rückdehnungsverlauf extrapoliert, so nimmt die Gleichung folgende Form an:

$$K = \frac{b}{4}.\frac{{L_2 - L_1 - \frac{b}{3}.\ln \frac{{L_2 }}{{L_1 }}}}{{\left( {L_2 - \frac{b}{3}} \right)(t_2 - t_1 ) - (L_2 - L_1 )(t_2 - t_0 )}}$$

.

Hieraus läßt sich durch Einsetzen der ProtoplastenlängenL ₁ undL ₂ zu den Zeiten der Messung t₁ und t₂, der Zeit t₀ des Einlegens der Zelle in das Diosmotikum und der Zellbreiteb die Maßzahl der Permeabilität als FaktorK in der Dimension Länge/Zeit leicht errechnen.