DD225794A1 - Selektionsverfahren fuer photosyntheseeffektoren mittels analyse des prompten chlorophyll-a-fluoreszenzinduktionsverlaufes - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung, Selektionsverfahren fuer Photosyntheseeffektoren mittels Analyse des prompten Chlorophyll-a-Fluoreszenzinduktionsverlaufes, dient in erster Linie der Suche nach Phytoeffektoren. Sie verfolgt das Ziel, ein Verfahren vorzuschlagen, das fuer die Testung der biologischen Aktivitaet von Effektoren mittels fluorometrischer Analysen von autotrophen zellulaeren und subzellulaeren Suspensionen von Partikeln niederer und hoeherer Pflanzen neben einer Selektion von primaeren Photosyntheseelektronentransporteffektoren deren Formulate und Gemische, die Aenderung des Fluorreszenzinduktionsverlaufes im Bereich O, I, D, P, S, M hervorrufen und nicht allein durch Analyse der steady-state-Chlorophyllfluoreszenz erfasst werden koennen, gleichzeitig eine Dosis-Wirkungsanalyse ermoeglicht, die unter Verwendung von bestimmten mathematischen Modellen, Verfahren und Methoden genaue Aussagen zur Wirksamkeit zulaesst und Hinweise fuer einen moeglichen kuenftigen Einsatz von Effektoren gibt. Das vorgeschlagene Verfahren ist automatisierbar und erfordert einen geringeren Zeit- und Testmaterialaufwand gegenueber anderen nicht auf fluorometrischen Analysen beruhenden Selektionsverfahren.
Description
Pflanzenschutzmittelforschung, Umweltschutz, Mikroalgen
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen »
Die Indikation der biologischen Aktivität von Effektoren wird nach dem Patent „Verfahren zur Selektion biochemisch wirksamer Substanzen", DD-Patent 94234, mittels autotroph kultivierter Zeilsuspensionen von Grünalgen durchgeführt. Es werden aus einer Stichprobe diejenigen Chemikalien selektiert, die den fundamentalen Prozeß des autotrophen Zellwachstums, die Photosynthese in ihrer Gesamtheit, unmittelbar oder mittelbar vermindern oder fördern. Durch das Festlegen von minimalen Wirkkonzentrationen erhält man über die Wirksamkeit der Effektoren die qualitative Aussage „wirksam" oder „nicht wirksam". Bei Einsatz abgestufter Konzentrationen der Effektoren ist durch Vergleich zur Kontrollsuspension eine Dcsis-Wirkungsanalyse möglich. Nach diesem Verfahren erhält man eine Gruppe „biochemisch wirksamer" Substanzen, die hinsichtlich ihrer Wirkweise und des Wirkortes heterogen ist. Eine differenzierte Selektion von Effektoren mittels autotropher Zellsuspensionen kann mittels Analyse der Änderung der optischen Eigenschaften von Zellsuspensionen durchgeführt werden. Eine Selektion mittels Wirkbildern wird durch ein Verfahren zur Selektion von Effektoren mittels Wachstumsanalyse von Zellsuspensionen durch Analyse der Extinktionsmessungen bei 621, 680,702 und 750nm gezeigt. Auf Grundlage von Vergleichen der Analyseergebnisse des photosynthetischen Gaswechselumsatzes substanzbehandelter autotropher einzeiliger Grünaigensuspensionen wird durch das „Verfahren zur gasanalytischen Selektion von Effektoren mittels Zellsuspensionen" eine Selektion von primären Photosyntheseeffektoren nach Charakterisierung ihrer Wirkbilder ermöglicht. Alle weiteren auf diesen Grundlagen basierenden Verfahren erfordern mehr oder minder große Substanzmengen und sind mit einem Zeitaufwand von Stunden bis Tagen verbunden.
Ein Selektionsverfahren für Photosyntheseeffektoren mittels Analyse der prompten Chlorophyll-a-Fluoreszenz, bezieht sich punktual auf Messungen der Chlorophyll-a-steady state-Fluoreszenz von behandelten und unbehandelten Suspensionen autotropher zellulärer und subzellulärer Partikel. Dadurch können nur Substanzen erfaßt werden, die den „steady state", den T-Bereich der Fluoreszenzinduktionskurve erhöhen oder vermindern.
Die Erfindung verfolgt das Ziel, für die Testung der biologischen Aktivität von Effektoren mittels fluorometrischer Analysen von autotrophen zellulären und subzellulären Suspensionen von Partikeln niederer und höherer Pflanzen ein Verfahren vorzuschlagen, das neben einer Selektion von primären Photosyntheseelektronentransporteffektoren deren Formulate und Gemische, die Änderungen des Fiuoreszenzinduktionsverlaufes im Bereich O, I, D, P, S, M hervorrufen und nicht allein durch Analyse der steady-state-Chlorophyllfluoreszenz erfaßt werden können, gleichzeitig eine Dosis-Wirkungsanaiyse ermöglicht, die unter Verwendung von bestimmten mathematischen Modellen, Verfahren und Methoden genaue Aussagen zur Wirksamkeit zuläßt und Hinweise für einen möglichen künftigen Einsatz von Effektoren gibt.
Das vorgeschlagene Verfahren ist automatisierbar und erfordert einen geringeren Zeitaufwand gegenüber anderen nicht auf fluorometrischen Analysen beruhenden Selektionsverfahren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels fluorometrischer Analysen auf Grundlage von Vergleichen der Fluoreszenzintensitäten der Fluoreszenzinduktionskurve im Bereich O, I, D, P, S, M von unbehandelten zu substanzbehandelten autotrophen zellulären oder subzelluiären Partikelsuspensionen eines einheitlichen Standards reflektierte primäre Photosyntheseelektronentransporthemmer zu selektieren und diese danach einer Dosis-Wirkungsanalyse auf der Basis bestimmter mathematischer Modelle, Verfahren und Methoden zu unterziehen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, Aussagen zu Permeations- und Transportproblemen der Effektoren durch Vergleiche zwischen zellulären und subzellulären Systemen sowie nach unterschiedlichen Applikationszeitpunkten zu erhalten
Beim „Selektionsverfahren für Photosyntheseeffektoren mittels Analyse des prompten Chlcrophyll-a-
Fluoreszenzinduktionsverlaufes" verfährt man so, daß man jeder Fluoreszenzmeßprobe außer der Kontrolle eine definierte Menge chemischer Verbindungen in konstanten Zeitabständen vor der Messung im gelösten Zustand appliziert und eine gleiche Vorbehandlung (z. B. Vorverdunkelung) aller Proben gewährleistet. Bei Durchführung jeder Einzelmessung wird die Wirkung auf den Zustand der Zellen oder der subzellulären Partikel als Änderung der Fluoreszenzintensität im Induktionsveriauf erfaßt.
1. Ausführungsbeispiel
Als zu prüfende Substanz wird p-Nitrobenzonitril verwendet. Für die Fluoreszenzmessungen kommen Zellsuspensionen der einzelligen Grünalge der Species Chlorella vulgaris BEIJERINCK 1890, var. vulgaris, Stamm BÖHM et BORNS 1972/1 nach entsprechenden Kultivierungsverfahren zum Einsatz. Die Fluoreszenzmeßvorrichtung ist durch eine Halogenlichtquelle mit Blaufilter, einem Meßraum und einer im Winkel von 90° zur Lichtquelle hochempfindlichen Lichtempfängereinrichtung mit Rotfilter gekennzeichnet und mit einem technischen Schnellschreiber gekoppelt. Die Substanzapplikation erfolgt in abgestuften Konzentrationen in gelöster Form drei Minuten vor Messung in die Zellsuspensionen. Alle Meßproben unterliegen einer Minute Vorverdunkelung. Die Fluoreszenzinduktionskurvenaufzeichnung findet danach über einen Zeitraum von fünf Sekunden statt.
Für die Quantifizierung wird die Änderung der Fluoreszenzintensität im Punkt P gegenüber der Kontrolle herangezogen. Die Substanz erniedrigt zuerst die Intensität von P entsprechend den abgestuften Konzentrationen bei gleichbleibender Intensität des MT-Bereiches. Wird dessen Intensität erreicht, so findet eine weitere Erniedrigung der Fluoreszenzintensität bis zur völligen Fluoreszenzlöschung statt.
Die Bearbeitung der Meßdaten erfolgt mittels Lineweaverf Burck-Auftragung, aus der sich ein ED50-Wertvon 7,14 χ 10~5 M
ermitteln läßt. .
Dieser Wert steht in guter Übereinstimmung mit dem durch Absorptionsmessungen ermittelten Wert im autotrophen Wachstumstest von Chlorella-Synchronkulturen.
2. Ausführungsbeispiel
Untersuchungen der Wirkung von 1,3-Dinitrobenzol führen zum phänomenologisch gleichen Erscheinungsbild wie dem Fluoreszenzverhalten unter p-Nitrobenzonitrileinfluß.
Nach mathematischer Bearbeitung der Meßergebnisse mittels Lineweaver-Burck-Auftragung zur Dosis-Wirkungsanalyse kann ein ED50-Wert von 3,4 χ 1CT6M ermittelt werden, der mit dem aus dem autotrophen Wachstumstest von Synchronkulturen der kokkalen Grünalge Chlorella vulgaris erhaltenen Wert in Einklang steht.
Claims (6)
- Erfindungsansprüche:1. Selektionsverfahren für Photosyntheseeffektoren mittels Analyse des prompten Chlorophyll-a-Fluoreszenzinduktionsverlaufes, dadurch gekennzeichnet, daß durch fluorometrisch^ Messungen des Fluoreszenzinduktionsverlaufes von behandelten und unbehandelten Suspensionen autotropher zellulärer und subzellulärer Partikel die direkte Wirkung von Substanzen auf die für die Fluoreszenz verantwortlichen Abschnitte der Elektronentransportkette der photosynthetischen Lichtreaktionen sowie der Funktionsfähigkeit der Absorptionseinheiten der Pigmentmoleküle selbst erfaßt und auf dieser Grundlage von indirekt wirkenden Effektoren abgegrenzt werden können, so daß bei Einsatz von abgestuften Effektorkonzentrationen sowie deren Formulate und Gemische eine Dosis-Wirkungs-Analyse erfolgen kann sowie gleichzeitig Aussagen zu einer Wirkorteingrenzung im Bereich der Lichtreaktionen gemacht werden können.
- 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als autotrophe zelluläre Partikelsuspensionen alle suspendierbaren autotrophen Mikroalgen und photosynthetisierende Teile höherer Pflanzen verwendet werden können.
- 3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den in Punkt 2 genannten Objekten photosynthetisch aktive Partikel verschiedener Integrationsstufe und verschiedenen Reinheitsgrades verwendet werden können.
- 4. Verfahren nach Punkt 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluoreszenzmessungen mit Apparaturen unterschiedlichem Aufbaus, verschiedener Lichtqualitäten und -quantitäten, mit variablen Belichtungszeiten und unterschiedlichen Empfangs- und Registriermethoden sowie Registrierzeiten durchgeführt werden können.
- 5. Verfahren nach Punkt 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Erfassen der Punkte 0,1, D, P, S, M der Fluoreszenzinduktionskurve oder durch selektive Integration der Kurven abschnitte und nachfolgender Anwendung von mathematischen Modellen, Verfahren und Methoden zur Auswertung der Meßergebnisse eine Dosis-Wirkungsanalyse über den gesamten Wirkbereich durchgeführt werden kann.
- 6. Verfahren nach Punkt 1,2,3,4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wirkung der Effektoren sowohl in einer Erhöhung oder Senkung der gesamten Fluoreszenzinduktionskurve oder einzelner Teile sowie in der Grundfluoreszenz (F0) und/oder der variablen Fluoreszenz zeigen kann.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0436351A3 (en) * | 1989-12-22 | 1992-09-02 | The General Electric Company, P.L.C. | Sensor |
-
1984
- 1984-02-17 DD DD26015684A patent/DD225794A1/de not_active IP Right Cessation
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