Advertisement

Potato Research

, Volume 15, Issue 4, pp 335–345 | Cite as

Stofftransport in pflanzlichem Gewebe am Beispiel der Kartoffelknolle. 2. Zur Frage des Mechanismus des Stofftransportes

  • K. Paulus
Articles
  • 10 Downloads

Zusammenfassung

Ausgehend von den Ergebnissen der Untersuchungen über die Aufnahme von Cs−, Sr−, Zr− und Ce−lonen aus wässrigen Lösungen in die Kartoffelknolle und den Weitertransport innerhalb des Gewebes wurde eine Vorstellung über die am Stofftransport beteiligten Mechanismen erarbeitet.

Zu Beginn der Aufnahme wird die Diffusion der Ionen durch osmotisch bedingte Vorgänge positiv überlagert, deren Einfluss aber wegen der lokal begrenzten Wirkung rasch abklingt. Der Stofftransport erfolgt dann in positiver Richtung ausschliesslich durch Diffusion und wird durch andere Vorgänge wie z.B. Ionenabsorption. Ionenaustausch und Adsorption gehemmt.

Durch Erweiterung des 2. Fick’schen Gesetzes um ein Korrekturglied, das die neben der Diffusion ablaufenden Vorgänge summarisch beinhaltet, können diese in ihrer Gesamtwirkung in Funktion von Ort und Zeit beschrieben und die Diffusionskoeffizienten für die 4 Elemente berechnet werden.

Summary

The first paper of this series described the uptake of ions from aqueous solutions and their further movement through potato tissue, the process being expressed mathematically by an empirical equation.

The aim of this paper is to give an indication of the mechanisms involved in translocation in the light of the experimental results obtained. For this purpose the specific activity of the radio-active isotopes of Cs, Sr, Zr and Ce taken up by the tissues has been expressed mathematically as a function of place and time (Eq. 5). Using the partial derivations from time and place (Eq. 6 and 7) it could then be seen whether Fick’s second law was fulfilled (Eq. 1). Constant values for the factor of proportionallity could not, however, be obtained (Fig. 1). From this it can be concluded that a number of processes must be involved in translocation. Such processes must occur within the tissues as the influence of external factors is excluded under the conditions of the experiments selected. In particular one can mention intake of water by the outer layers of the tissue by osmosis, active processes of translocation and chemical reactions, as for example ion exchange and the formation of complexes. Further consideration of these mechanisms leads to the conclusion that only diffusion and osmosis make possible the uptake of ions and their further transport within the tissue. All other processes delay such movement. It is not within the scope of these investigations to determine quantitatively the share of the whole process taken by each mechanism. They are, therefore, shown in summary form in the diffusion equation, with a correction factor (Eq. 8). By transformation of this equation a mathematical formula is derived (Eq. 9) which makes possible a clear demonstration of the whole process (Fig. 2).

In addition, a hypothesis has been developed concerning the uptake and further transport of substances. According to this, translocation is initially governed by osmosis; reactions gain an influence later, binding the ions diffusing in the intercellular spaces and thus fixing them at a particular place in the tissue. Movement is thus slowed and eventually almost completely stopped, as is shown by the results obtained. The influence of the various processes leads to qualitatively similar results for the four elements but the quantitative differences are considerable.

On the basis of this hypothesis, the diffusion coefficients for the four elements can be calculated and the part played by processes other than diffusion demonstrated (Fig. 3). The gradation of mobility of the four elements in potato tissue, already indicated in the first publication, is confirmed by the calculated values of the diffusion coefficients.

Résumé

Dans une première communication, l’auteur a fait part de ses recherches sur l’absorption d’ions de solutions aqueuses et sur leur transport dans le tissu de tubercule de pomme de terre; il a exprimé le processus par une équation mathématique empirique.

Le but du présent travail est de trouver une explication des mécanismes de transport en cause. A cette fin, et en premier lieu, l’auteur décrit d’une façon mathématique l’activité spécifique à l’intérieur des tissus des éléments radioactifs prélevés Cs, Sr, Zr et Ce, en fonction du lieu et du temps (équation 5). Il est dès lors possible, grâce à des déductions partielles en fonction du lieu et du temps, de vérifier l’exactitude de la seconde loi de Fick (équation 1). L’auteur n’observe cependant aucune valeur constante pour le facteur de proportionnalité (fig. 1). Il en conclut que différentes modalités de transport de substance entrent en action. Puisque l’organisation des recherches exclue l’influence de forces extérieures, il doit s’agir d’un processus propre au tissu de pomme de terre. Doivent être mentionnés particulièrement: le prélèvement limité d’eau par osmose dans les tissus externes, le processus actif de transport ainsi que les réactions chimiques, comme par exemple l’échange d’ions et la formation de complexes. Un examen plus approfondi de ces mécanismes amène à la conclusion que seuls la diffusion et le processus osmotique permettent la pénétration et le transport continu de substance. Puisqu’il n’est pas possible, sur la base de ces recherches, de saisir la part de ces mécanismes particuliers sur l’ensemble quantitatif du processus, ces mécanismes sont globalisés avec un terme de correction dans l’équation de diffusion (équation 8). Par transformation de cette équation, on obtient une formulation mathématique (équation 9), qui permet une représentation expressive de l’ensemble des processus (fig. 2).

L’auteur développe en outre une conception du prélèvement de substance et de son transport à distance. Conformément à cette théorie, c’est le processus osmotique qui, au commencement, domine dans le transport de matière. Le temps s’écoulant, des réactions prennent alors de l’importance qui rassemblent les ions diffus dans les espaces intercellulaires et les fixent en un endroit donné dans le tissu. Le transport de substance est ralenti et, comme le montrent les résultats, peut-être s’arrête presque complètement. L’influence de l’action des divers processus donnent des résultats quantitatifs similaires pour les 4 éléments; par contre les différences quantitatives restent considérables.

Sur la base de cette conception, les coëfficients de diffusion des 4 éléments sont établies et la part des processus, excepté la diffusion, est déterminée (fig. 3). La hiérarchie déjà établie dans la 1 re communication dans la modalité des 4 éléments dans le tissu de pomme de terre est confirmée par les valeurs calculées des coëfficients de diffusion.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

Literatur

  1. Broyer, T. C., 1951. Further theoretical considerations of modes of expression and factors possibly concerned in the movement of materials through a two-phased solution system.Pl. Physiol. 26: 655–676.Google Scholar
  2. Jardetzky, O., 1964. The Curie principle and the problem of active transport.Biochim. biophys. Acta 79: 631–633.PubMedGoogle Scholar
  3. Mitchell, P., 1957. A general theory of membrane transport from studies of bacteria.Nature. Lond. 180: 134–136.PubMedGoogle Scholar
  4. Mitchell, P., 1961. In: A. Kleinzeller & A. Kotzky, Membrane transport and metabolism. Academic Press. New York.Google Scholar
  5. Paulus, K., 1972. Stofftransport in pflanzlichem Gewebe am Beispiel der Kartoffelknolle 1. Ionenaufnahme aus wässrigen Lösungen und Weitertransport im Kartoffelgewebe.Potato Res. 15: 209–219.Google Scholar
  6. Stein, W. D. & Danielli, J. F., 1946. Structure and function in red cell permeability.Discussions Faraday Soc. 21: 238–251.Google Scholar
  7. Stein, W. D., 1967. The movement of molecules across cell membranes. Academic Press, New YorkGoogle Scholar
  8. Troshin, A. S., 1961. In: A. Kleinzeller & A. Kotzky. Membrane transport and metabolism. Academic Press, New York.Google Scholar

Copyright information

© Kluwer Academic Publishers 1972

Authors and Affiliations

  • K. Paulus
    • 1
  1. 1.Institut für Chemie und Technologie der Bundesforschungsanstalt für LebensmittelfrischhaltungKarlsruheBundesrepublik Deutschland

Personalised recommendations