Physiology of Movements / Physiologie der Bewegungen: Part 1 Movements due to Mechanical and Electrical Stimuli and to Radiations / Teil 1 Bewegungen durch Einflüsse Mechanischer und Elektrischer Natur Sowie durch Strahlungen

733 Pages·1959·114.028 MB·English-French-German

Handbuch der PfIanzenphysiologie • Encyclopedia of plant physiology
Gesamtdisposition: Synopsis of the contents:
Ten I. Allgemeine Grundlagen. Part I. General foundations.
Band I. Genetische Grundlagen physio Vol. I. Genetic control of physiological
logischer Vorgange. Konsti processes. The constitution of
tution der Pflanzenzelle. the plant cell.
" H. Allgemeine Physiologie der " H. General physiology of the plant
Pflanzenzelle. cell.
Tell ll. Stott· und Energiewechsel. Part ll. Metabolism.
m. m.
Band Pflanze und Wasser. Vol. Water relations of plants.
" IV. Die mineraJische Ernihrung der .. IV. Mineral nutrition of plants.
Pflanze.
.. V. Die COs-Assimilation. .. V. The lIJIBimjlation of carbon
dioxide.
.. VI. Aufbau, Speicherung, Mobili " VI. Formation, storage, mobiliza
sierung und Umbildung der tion, and transformation of
Kohlenhydrate. carbohydrates.
" VII. Stoffwechselphysiologie der " VII. The metabolism of fats and
Fette und fettii.hnlicher Stoffe. related compounds.
" vm. " vm.
Der Stickstoff-Umsatz. Nitrogen metabolism.
" IX. Der Stoffwechsel der schwefel " IX. The metabolism of suHur- and
und phosphorhaltigen Verbin phosphorus-containing com
dungen. pounds.
" X. Der Stoffwechsel sekundirer .. X. The metabolism of secondary
Pflanzenstoffe. plant products.
" XI. Die Heterotrophie. .. XI. Heterotrophy and heterotrophic
plants.
" m. " m.
Die Pfla.nzenatmuug, einschlieB Plant respiration, incl. fermen
lioh Gii.rungen und Siurestoff tations and acid metabolism in
wechsel. plants.
" xm. .. xm.
Der Stofftransport in der Translocation in plants.
Pflanze.
Ten m. Wachstum, Entwicklung, Part m. Growth, development,
Bewegungen. movements.
Band XIV. Wachstum und Wuchsstoffe. Vol. XIV. Growth and growth substances.
" XV. Differenzierung und Entwick- .. XV. Differentiation and develop
lung. ment.
" XVI. AuBen.fa.ktoren in Wachstum " XVI. External factors affecting
und Entwicklung. growth and development.
.. XVII. Physiologie der Bewegungen. .. XVII. Physiology of movements .
" xvm.
.. XVW. SexuaJitit, Fortpfianzung, Sexuality, reproduction, alter
Generationswechsel. nation of generations.
ENCYCLOPEDIA
OF PLANT PHYSIOLOGY
EDITED BY
W.RUHLAND
CO EDITORS
E ASHBY · ). BONNER · M. GEIGER-HUBER· W. O.JAMES
A.LANG· O.MULLER· M. G. STÄLFELT
VOLUME XVII
PHYSIOLOGY OF MOVEMENTS
PART 1
MOVEMENTS DUE TO MECHANICAL AND ELECTRICAL STIMULI
AND TO RADIA TIONS
CONTRI B UTORS
L. BAILLAUD · G. H. BANBURY • L. BRAUNER· E. BUNNING · R. K. CLAYTON
A. W. GALSTON · H. v. CUTTENBERG · W. HAUPT· 0. V. S. HEATH · A. R. SCHRANK
M. G. STALFELT · K. UMRATH
SUBEDITOR
E. BUNNING
WITH 513 FIGURES
SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG GMBH
1959
HANDBUCH
DER PFLANZENPHYSIOLOGIE
HERAUSGEGEBEN VON
W.RUHLAND
IN GEMEINSCHAFT MIT
E.ASHBY · ]. BONNER· M. GEIGER-HUBER ·W.O. JAMES
A. LANG· D. M OLLER· M. G. STALFELT
BAND XVII
PHYSIOLOGIE DER BEWEGUNGEN
TEIL 1
BEWEGUNGEN DURCH EINFLUSSE MECHANISCHER UND
ELEKTRISCHER NATUR SOWIE DURCH STRAHLUNGEN
BEARBEITET VON
L. BAILLAUD · G. H. BANBURY · L. BRAUNER· E. BONNING · R. K. CLAYTON
A. W. GALSTON · H. v. CUTTENBERG · W. HAUPT· 0. V. S. HEATH · A. R. SCHRANK
M. G. STALFELT · K. UMRATH
REDIGIERT VON
E. BONNING
MIT 513 ABBILDUNGEN
SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG GMBH
1959
ISBN 978-3-642-94756-8 ISBN 978-3-642-94755-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-94755-1
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© by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1959
Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag oHG. Berlin • Göttingen • Heidelberg 1959
Softcover reprint ofthe hardcover Ist edition 1959
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diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme,
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Inhaltsverzeichnis. - Contents.
I. Einfiihrung und Ubersicht.
Seite
Von Professor Dr. E. BUNNING ..... .
1. Historisches .. . . . . . . . . . . 1
2. Bewegungsarten und Bewegungsmittel . 2
3. Terminologisches, Einleitung . . . . . 3
a) Einteilung und Bezeichnung der Bewegungsarten 3
b) Einige Begriffe der Reizphysiologie. . . . . . 6
4. Vorbemerkung zu den Beitragen von Band XVII 7
Litera tur . . . . . . . . . 7
II. Allgemeines.
A. Allgemeine Gesetze und Phanomene der pflanzlichen Bewegungsphysiologic. Von
Professor Dr. E. BUNNING. Mit 3 Abbildungen. . . . . . . . 8
1. Tierische und pflanzliche Bewegungsphysiologie ..... 8
2. Die Suche nach psychischen oder "psychoiden" Phanomenen 9
3. Der Reizbegriff . . . . 10
4. Reizaufnahme. . . . . 12
5. Die Erregungsvorgange. 15
6. Reizleitung . . . . . . 17
7. Beziehungen zwischen Reizstarke und Reaktion 18
a) Allgemeines . . . 18
b) Reizmengen-Gesetz 18
c) Webersches Gesetz 19
d) Weitere Gesetze 21
SchluBfolgerung 22
Literatur . . . . . 22
B. Der Erregungsvorgang. Von Professor Dr. KARL UMRATH. Mit 56 Abbildungen 24
1. Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 24
2. Aktionspotential und lokales Potential . . . . . . . . . . . . . . . .. 25
3. Widerstands- bzw. Permeabilitatsanderungen . . . . . . . . . . . . .. 31
4. Stillstande der Protoplasmastromung und andere sichtbare Veranderungen. 33
5. Veranderungen der Molekularbewegung von Teilchen . . . . . . 38
6. Reduktions-Oxydationspotential und Wasserstoffionenkonzentration . . .. 39
7. Warmebildung und Sauerstoffverbrauch . . . . . . . . . . . . . . .. 39
8. Das Refraktarstadium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40
9. Die Erregungssubstanz, ihre Beziehung zum Wuchsstoff und ihre morphologi-
schen Wirkungen. . 50
10. Die Erregungsleitung 61
N eptunia plena. . . 65
Mimosa spegazzinii . 68
Mimosa pudica. . . 72
Mimosa invisa. . . 86
Biophytum sensitivum. 87
Die Insectivoren Dionaea, Drosera und Pinguicula. 89
Verschiedene, weniger eingehend untersuchte Pflanzen 91
11. Vorstellungen liber das Wesen des Erregungsvorganges. 94
12. Die Rolle der Erregungsvorgange im Leben der Pflanzen 99
Litera tur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
VI Inhaltsverzeichnis. - Contents.
Seite
C. Miigliche Mechanismen von Kriimmungsbewegungen. Von Professor Dr. KARL UMRATH III
1. Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
2. Turgorbewegungen durch Veriinderung der Wasserpermeabilitiit . . . . 112
3. Turgorbewegungen durch Veriinderungen des Wasserbindungsvermogens 114
4. Variationsbewegungen durch Kontraktion . . . . . 115
5. Nutationsbewegungen . . . . . . . . . . . . . . 117
6. Kombinierte Variations- und Nutationsbewegungen . 118
Literatur .... 118
III. Die Wirkung von Wundreizen.
Von Professor Dr. E. BUNNING. Mit 23 AbbiIdungen . 119
A. Traumatotropismus und Traumatonastie. 119
1. Traumatotropismus . 119
2. Traumatonastie. 122
B. Traumatotaxis ........... . 123
C. Traumatodinese ........... . 126
D. Traumatochorismus . . . . . . . . . .. ....... . 127
E. Allgemeines tiber die Wirkungsweise der Wundreize auf die Zelle 128
Literatur ... 132
IV. Die Wirkung elektrischer Reize.
A. Aligemeines iiber die Wirkung elektrischer Reize auf Zellen. Von Professor Dr. KARL
UMRATH. Mit 1 Abbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 135
Literatur ........ . 147
B. Electronasty and electrotropism. By Professor Dr. A. R. SCHRANK. With 6 figures 148
I. Introduction. . . . 148
II. Electronasty. . . . . . . . . . . . 148
III. Electrotropism. . . . . . . . . . . 149
1. Shoot responses. . . . . . . . . 149
a) Longitudinally applied current. 149
Elongation responses . . . . . 149
Curvature responses. . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Intact seedlings p.150. - Isolated coleoptiles p.152.
Protoplasmic streaming. . . . . . 153
b) Transversely applied electrical fields 154
c) Transversely applied direct current 154
Helianthus hypocotyls 154
Intact A vena coleoptiles . . . 155
Decapitated Avena coleoptiles 156
Lateral transport of IAA . . . 158
2. Root responses . . . . . . . . . 160
a) Elfving's curvatures . . . . . 160
b) Genuine electrotropic curvatures. 161
Literature. 162
C. Galvanotaxis. Von Professor Dr. KARL UMRATH 164
Literatur . 167
V. Seismo- und Thigmoreaktionen.
A. Seismonastie.
a) Die physiologische Anatomie seismonastisch reaktionsfihiger Organe. Von Pro-
fessor Dr. HERMANN V. GUTTENBERG. Mit 19 Abbildungen 168
1. Die reizbaren Staubbliitter und Narben . . . . . . . . 168
2. Orchideenbltiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
3. Dionaea museipula und Aldrovanda vesieulosa. . . . . . 175
4. Die Bewegungseinrichtungen von Mimosa und Biophytum 179
SchluBbemerkung 181
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
Inhaltsverzeichnis. - Contents. VII
Seite
b) Die seismonastischen Reaktionen. Von Professor Dr. E. BUNNING. Mit 70 Abbil-
dungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
1. Historisches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
2. Allgemeine Kennzeichnung der seismonastischen Reaktionsfahigkeit 184
3. Die Phanomene der Seismoreaktionen . . . . . . . . . . . . . 186
Mimosa S.187. - Biophytum sensitivum S.189. - Neptunia oleracea
S.189. - Dionaeaund Aldrovanda S.189. - "Reizbare" StaubgefaBe S.190.
Narben S.192. - Bliitenkronen S.192. - Weitere FaIle, Nichtsensitive S.192.
4. Die Turgor- und Wachstumsanderungen 193
a) Form- bzw. Volumenanderung ..... 193
b) Fliissigkeitsausscheidung . . . . . . . . 195
c) Die Turgorabnahme ......... . 196
d) Turgorzunahme und Wachstumssteigerung 197
5. Strukturelle Veranderungen im Cytoplasma und in den Vacuolen bei der
Kontraktion . . . . . . . . . . 198
a) Erorterung der Moglichkeiten ..... . 198
b) Permeabilitatsanderungen. . . . . . . . 199
c) Mikroskopisch sichtbare kolloidale Umwandlungen 204
6. Die Reizkette . . . . . . . . . . 208
a) Einleitung . . . . . . . . . . 208
b) Reizschwelle und Reizaufnahme. 209
at) Mechanische Reize 209
f3) Elektrische Reize . 213
y) Chemische Reize . 214
6) Thermische Reize . 215
c) Latenzzeitvorgange .. 216
d) Die Erregungsvorgange 217
at) Allgemeines. . . . . 217
f3) Die Aktionsstrome . . . 218
y) Zerfallsvorgange, Erregungssubstanz 219
6) Die Restitutionsvorgange . . . . . . . . . . 221
e) Die Koppelung zwischen Zerfalls- und RestitutionsprozeB 225
C) Die Ermiidungserscheinungen 225
e) Periodische Reaktionen. . . . . . . 227
f) Bedingungen der Reaktionsfahigkeit . 230
Literatur . . . . . . . . . . . . . 234
c) Die Reizleitung bei der Seismonastie. Von Professor Dr. KARL UMRATH. 239
Literatur .......... . 242
B. Thigmonastie und Thigmotropismus.
a) Anatomie physiologique des organes thigmotropiques et thigmonastiques. Par
Dr. L. BAILLAUD. Avec 14 figures . 243
I. Introduction. 243
II. Les cellules tactiles des vrilles . 244
a) GlmeraliMs . . . . . . . . 244
b) Les papilles sensibles. . . . 244
c) Les ponctuatio~s tactiles . . 247
d) Autres differenciations des vrilles 250
III. Les tentacules thigmonastiques des Drosera . 251
IV. Conclusion. 252
Bibliographie ................ . 253
b) Die thigmonastischen und thigmotropischen Reaktionen. Von Professor Dr. E.
BUNNING. Mit 33 Abbildungen . . . . . . . 254
1. Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . 254
2. Die wirksamen Reize und die Reizaufnahme 254
VIII Inhaltsverzeichnis. - Contents.
Seite
3. Ranken ..... 257
a) Art der Reaktion . . . . . . . . . . . . . . 257
b) Auslosung der Reaktionen durch nichtadiiquate Reize 260
c) Die Gegenreaktion. . . . . 261
d) Der Bewegungsmechanismus 261
e) Das Umschlingen der Stiitze . . . . . . 265
f) Die Reizleitungsphanomene. . . . . . . 265
g) Die Reizkette. . . . . . . . . . . . . 265
h) Sekundiire Veranderungen in den Ranken 267
4. Drosera . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
5. Thigmoreaktionen bei sonstigen Pflanzen, insbesondere Keimlingen 271
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
VI. Phototaxis.
A. Chloroplastenbewegung. Von Dozent Dr. W. HAUPT. Mit 17 Abbildungen. 278
1. Phototaxis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
a) "Obersicht der Phanomene, Definitionen. . . . . . . . . . . . . . 278
b) Methodische Fragen .......................... 281
c) Die Verlagerung der Chloroplasten unter dem EinfluB von Licht und Dunkel 281
Der Verlauf der Bewegung . 281
Die Lichtquantitat . . . . .. .. ............... 284
Die Reaktionsgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . 285
Die Lichtqualitat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
d) Die Wirkung von auBeren und inneren Faktoren auf die photischen Verlage
rungen der Chloroplasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
Die Temperatur . . . . . . . . . 289
Die Hydratur . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
Chemische Einfliisse allgemeiner Art . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
Die Viscositat des Plasmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
Beziehungen zur Photosynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
Sonstige Faktoren, die die photischen Verlagerungen der Chloroplasten be-
einflussen . . . . . . . . . . . . . . 297
e) Sonderfalle lichtinduzierter Bewegungen. 299
Mougeotia (Mesocarpus-Typ) . . . . . . . . . . . 299
Striatella-Typ. . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
Die keimende Equisetumspore . . . . . . . . . . 301
Die Chloroplastenbewegung bei SelagineZla serpens . 302
Anhang: Die Phototaxis des Zellkerns . . . . . . 302
2. Orientierungsbewegungen der Chloroplasten, die nicht vom Licht gerichtet werden 302
a) Bewegungen, die durch innere Faktoren gerichtet werden, und Chemotaxis 302
Chemotaxis. . 303
Innere Reize . 303
SchlieBzellen . 305
Traumatotaxis 306
b) Thermotaxis . 306
c) Geotaxis. . . . . . . . . . . . . . . . 306
d) Anhang: Die Bewegung der Leukoplasten. 306
3. Die physiologischen und okologischen Auswirkungen der Chloroplastenverlage-
rungen. . . . . . . . . . . . . . . . . 307
4. Die Gestaltsanderungen der Chloroplasten 311
5. Theoretische SchluBbetrachtung. 313
Literatur 315
Addendum . . . . . . . . . . . 317
B. Die Phototaxis der Algen. Von Dozent Dr. W. HAUPT. Mit 21 Abbildungen 318
1. Allgemeines. . . . . . . . . . . . 318
a) Begriffsbestimmungen ..... 318
b) "Obersicht iiber die Erscheinungen 320
Inhaltsverzeichnis. - Contents. IX
Seite
2. Die Phototaxis begeiBelter Algen . . . . 321
a) Der Photoreceptor . . . . . . . . . 321
b) Die Phototaxis einzelliger Flagellaten. 327
Die phobische Phototaxis . . . . . . 327
Die topische Phototaxis. . . . . . . 328
Die Aktionsspektren . . . . . . . . 332
c) Die Phototaxis koloniebildender Flagellaten . 337
d) Besonderheiten der topotaktischen Reaktion. 339
e) Die Abhiingigkeit der phototaktischen Reaktionen von verschiedenen Faktoren 341
Innere Faktoren . . . . . . . . . . . . . 342
Stoffliche Einfltisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
Temperaturwirkungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
Die Abhangigkeit der Stimmung vom Licht. . . . . . . . . 344
Beziehungen zwischen Schwellenwert und Umschlagpunkt . . 346
f) Die Beziehungen zwischen der Phototaxis und anderen Taxien 347
g) Photokinese . . . . . . . 348
3. Phototaxis bei Cyanophyceen. 350
a) Allgemeines . . . . . . . 350
b) Die phobische Phototaxis . 351
Die Reaktion. . . . . . . 351
Die Kennzeichnung des Reizanlasses 351
Aktionsspektrum der phobischen Phototaxis. 353
Beziehungen zwischen Reizstiirke und Reaktionsmodus . 354
Die Lokalisierung von Reizaufnahme und Reaktion; Reizleitung . . 355
Die Reaktionsfahigkeit unter dem EinfluB auBerer und innerer Faktoren 357
Anhang: Der EinfluB des Lichtes auf den Ausbreitungszustand von Aggrega-
tionskolonien. . . . . . . . . . . . . 358
c) Die topische Phototaxis. . . . . . . . . . . 358
Die einseitige Ausbreitung von Kulturen . . . 358
Das Aktionsspektrum. . . . . . . . . . . . 359
Der Mechanismus der topotaktischen Reaktion 359
Die Reaktionsfahigkeit unter dem EinfluB innerer und auBerer Faktoren 361
4. Phototaxis bei Diatomeen 361
a) Die Topotaxis . . . . 361
b) Die Phobotaxis. . . . 362
c) Photokinese . . . . . 363
5. Phototaxis bei Conjugaten 363
a) Desmidiales . . . . . 363
b) Zygnemales . . . . . 365
6. Phototaxis bei Myxomyceten . 365
7. AbschlieBende Betrachtungen tiber topische und phobische Phototaxis 365
Literatur ....... . 367
c.
Phototaxis of purple bacteria. By Dr. RODERICK K. CLAYTON. With 2 figures . 371
I. Introductory remarks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
II. The comparative physiology of purple bacteria and of other phototrophs 371
A. Metabolism. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
B. Pigments and their activity in photosynthesis . . . 372
C. The locomotor apparatus: topotaxis and phobotaxis 372
III. Phenomena which simulate phototaxis or chemotaxis 373
A. Consequences of movements other than taxes . . . 373
B. Secondary taxes. . . . . . . . . . . . . . . . . 373
IV. Action spectra for phototaxis . . . . . . . . . . . . 374
A. Green algae, flagellates, and gametes of multicellular plants. 374
B. Purple bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
C. Green bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
D. Filamentous blue-green algae. . . . . . . . . . . . . . . 375
V. The influence of intensity and duration of illumination upon phototaxis, moti-
lity, and photosynthesis. . . . . . . . . . 375
A. The Weber law. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
B. Saturating light intensities. . . . . . . . . . . . . . . . . 376
C. Phototaxis as an example of excitability: quantitative aspects 377