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Der Entwicklungscyclus mit Sexualphase bei der marinen Diatomee Coscinodiscus asteromphalus

II. Oberflächenabhängige Differenzierung während der vegetativen Zellverkleinerung

The life cycle with sexual phase in the marine diatom Coscinodiscus asteromphalus

II. Surface-dependant differentiation during the vegetative celldiminution

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Summary

  1. 1.

    During the vegetative cell diminution the biochemical composition of the cells of Coscinodiscus asteromphalus changes in a characteristic way:

    1. a)

      During the development from stages with 200 to 75 \gmm valve diameter (v. d.) the chlorophyll-a content per cell is reduced from 7\sx10-4 \gmg to 2.8\sx10-4 \gmg while the volume of the cell decreases to 1/6. The protein content changes from 10\sx10-3 \gmg per cell at 170 \gmm v. d. to 3.5\sx10-3 \gmg per cell at 70 \gmm v. d., i.e. more than the chlorophyll content, but still less than the volume of the cells. The potassium content is reduced from 23\sx10-3 \gmg/cell at 170 \gmm v.d. to 2\sx10-3 \gmg/cell at 80 \gmm v. d. The magnesium content changes from 10.5\sx10-5 \gmg/cell at 170 \gmm v. d. to 2.5\sx10-5 \gmg at 85 \gmm v.d.

    2. b)

      The DNA content of the cells remains constant during the development from 170 to 80 \gmm v. d. with 6\2-8\sx10-5 \gmg DNA/cell.

    3. c)

      The quantitative ratio between free proteinogenic amino acids remains equal at 165 and 88 \gmm v.d. In relation to the protein content of the cells the total free amino acid content is about 30% higher in smaller cells.

    4. d)

      The specific activity of glutamate dehydrogenase (NAPD) (E.C. 1.4.1.4.), aspartate aminotransferase (E.C. 2.6.1.1.) and glyceraldehydephosphate dehydrogenase (NAD) (E.C. 1.2.1.12.) remains equal in 125 \gmm and 65 \gmm stages, while the specific activity of glyceraldehydephosphate dehydrogenase (NADP) (E.C. 1.2.1.13.) is reduced to 60% in the smaller cells.

  2. 2.

    During the development from large (sexually not inducible) to small (sexually inducible) cells the sensitivity against metabolic inhibitors changes specifically:

    1. a)

      addition of 2\sx10-2 M potassium to the normal potassium content of the medium (ca. 1\sx10-2 M) inhibit growth of the 90 \gmm stages, but not that of 132 \gmm and 187 \gmm stages.

    2. b)

      1.5\sx10-5 M cycloserin strongly inhibits population growth of 88 \gmm stages, much less that of 146 \gmm stages, but not that of 193 \gmm stages.

    3. c)

      1.0\sx10-5 M colchicin suppresses cell division of 145 \gmm stages, but not that of 98 \gmm stages.

    4. d)

      2.5\sx10-6 M chloramphenicol inhibits reproduction of 98 \gmm stages, much less that of 145 \gmm stages. But also in 145 \gmm stages inhibition increases during the growth experiment.

    5. e)

      6.9\sx10-7 M actinomycin completely inhibits population growth of 193 \gmm stages, partially that of 146 \gmm stages and only to a small extent that of 88 \gmm stages.

    6. f)

      3\sx10-7 M fluorophenylalanin completely inhibits population growth of 100 \gmm stages, not that of 132 \gmm and of 176 \gmm stages.

  3. 3.

    The results are discussed in a model of differentiation at the unicellular level, controlled by the changing size of the cell surface.

Zusammenfassung

Während der vegetativen Zellverkleinerung in der ersten Phase des Entwicklungscyclus mit Sexualphase verändert sich die biochemische Zusammensetzung der Zellen von Coscinodiscus asteromphalus in charakteristischer Weise. Während der Entwicklung von Zellen mit 200 μm Valvendurchmesser (V.-D.) zu 75 μm-Stadien verringert sich das Volumen der Einzelzelle auf ca. 1/6. Demgegenüber nimmt der Chlorophyllgehalt/Zelle nur auf ungefähr 1/3, der Proteingehalt nur auf ungefähr 1/4 ab. Der Kaliumgehalt wird während der gleichen Entwicklung auf weniger als 1/10 verringert, der Magnesiumgehalt/Zelle wird etwa genau so stark wie das Volumen reduziert. Konstant bleiben während dieser Entwicklung der DNS-Gehalt/Zelle, das quantitative Verhältnis der freien Aminosäuren zueinander und die spezifische Aktivität von 3 ausgewählten Enzymen des Intermediärstoffwechsels. Die untersuchten Entwicklungsstadien zeigen eine weitgehende Differenzierung in ihrer Empfindlichkeit gegenüber bestimmten Inhibitoren und Außenfaktoren. Fluorphenylalanin, Chloramphenicol, Cycloserin und Kaliumionen hemmen in bestimmten Konzentrationen bevorzugt das Wachstum der kleineren Entwicklungsstadien (80–100 μm), Actinomycin und Colchicin hemmen dagegen bevorzugt das Wachstum der größeren Stadien (200–170 μm).

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  1. Botanisches Institut der Universität Marburg (Lahn), Marburg, Deutschland

    Dietrich Werner

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  1. Dietrich Werner
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Werner, D. Der Entwicklungscyclus mit Sexualphase bei der marinen Diatomee Coscinodiscus asteromphalus . Archiv. Mikrobiol. 80, 115–133 (1971). https://doi.org/10.1007/BF00411877

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