DD212985A1

DD212985A1 - METHOD FOR THE GAS ANALYTIC SELECTION OF EFFECTORS BY MEANS OF AUTOTROPHIC CELLUSUS PENSIONS

Info

Publication number: DD212985A1
Application number: DD24728783A
Authority: DD
Inventors: Horst Arndt; Claus-Ruediger Kramer; Heinz Boehm
Original assignee: Paedagogische Hochschule Wolfg
Priority date: 1983-01-17
Filing date: 1983-01-17
Publication date: 1984-08-29

Abstract

Die Erfindung "Verfahren zur gasanalytischen Selektion von Effektoren mittels autotropher Zellsuspensionen" ermittelt Effektoren biologischer Prozesse, trennt dabei primaere Photosyntheseeffektoren von primaer nichtphotosynthetischen Effektoren, erlaubt die sichere Identifizierung von Photosynthesehemmern, die Aufdeckung von Permeations-Effekten und die Selektion von Hemmern der Licht- und der Dunkelreaktion. Das Auswertungsverfahren liefert darueber hinaus Informationen ueber Einsetzen, Verlauf und Bestaendigkeit der Wirkungsauspraegung in Abhaengigkeit von der Dosis und von der Einwirkungsdauer der Effektoren sowie ueber Art und Weise der Wirkungsausloesung. Die Erfindung basiert auf einem Auswertungsverfahren, d. die entwicklungsbedingte Beeinflussung des photosynthetischen Gaswechselumsatzes substanzbehandelter autotropher Zellsuspensionen oder Organismensuspensionen nutzt, die simultane Analyse beider Gasumsaetze mittels einer Kombination der Analysenmethoden zum Erfassen der photosynthetischen Sauerstoffproduktion und des Kohlendioxidverbrauchs ermoeglicht und vergleichender Betrachtung erlaubt.The invention "Method for the gas-analytical selection of effectors by means of autotrophic cell suspensions" detects effectors of biological processes, separates primary photosynthesis effectors of primaer non-photosynthetic effectors, allows the safe identification of photosynthesis inhibitors, the detection of permeation effects and the selection of inhibitors of light and dark reaction. The evaluation method also provides information on the onset, course and persistence of the effects depending on the dose and the duration of action of the effectors as well as on the mode of action release. The invention is based on an evaluation method, i. utilizes the developmental influence of the photosynthetic gas exchange turnover of substance-treated autotrophic cell suspensions or organism suspensions, which allows simultaneous analysis of both gas volumes by a combination of analytical methods for detecting photosynthetic oxygen production and carbon dioxide consumption and allows comparative consideration.

Description

.Titel der Erfindung , Title of the invention

Verfahren zur gasanalytischen Selektion von Effektoren mittels autotropher ZellsuspensionenMethod for the gas-analytical selection of effectors by means of autotrophic cell suspensions

Field of application of the invention

Pflanzenschutzmittelforschung, Suche nach Regulatoren biologischer Prozesse, HaturstoffchemiePlant protection research, search for regulators of biological processes, Haturstoffchemie

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt» daß der Einfluß chemischer Substanzen auf biologische Prozesse auf vielfältige leise geprüft werden kann· Pur die Indikation der biologischen Aktivität von Effektoren lassen sich auch Zellsuspensionen autotroph kultivierter einzelliger Grünalgen nutzen, Uach dem Patent "Verfahren zur Selektion biochemisch wirksamer Substanzen",~WP C 12 K 152 888, lassen sich aus einer Stichprobe von Chemikalien diejenigen selektieren, die den fundamentalen Prozeß des autotrophen Zellwachstums, die Photosynthese, unmittelbar oder mittelbar beeinträchtigen oder fördern· Substanzen, die die Photosynthese nicht beeinflussen, aber dennoch biochemisch wirksam sind, werden nach diesem Verfahren als biochemisch unwirksam eingestuft. Solche Substanzen müssen dann in einer Kette nachfolgender Tests spezifischer Zielstellung auf entsprechenden spezifischen Effekt geprüft werden, so zum. Beispiel potentielle Atmungshemmer in einem Atmungstest, Effektoren des üJukleinsäurehaushalts in einem ÜTukleinsäure-Test. Die als "biochemisch wirksam" einge-It is well-known that the influence of chemical substances on biological processes can be tested silently on a variety of silos. The indication of the biological activity of effectors can also be used for cell suspensions of autotrophically cultured unicellular green algae, according to the patent "Process for the Selection of Biochemically Active Substances" WP C 12 K 152 888, select from a sample of chemicals those that directly or indirectly affect or promote the fundamental process of autotrophic cell growth, photosynthesis. · Substances that do not affect photosynthesis but are still biochemically active classified as biochemically inactive by this method. Such substances must then be tested in a chain of subsequent tests of specific objective on the appropriate specific effect, such. Example of potential respiratory inhibitors in a respiratory test, effectors of the nucleic acid balance in a nucleic acid test. The "biochemically effective"

stuften Substanz bilden hinsichtlich ihrer Wirkungsweise keine einheitliche Gruppe. Sie können die Photosynthese unmittelbar beeinflussen, also als primäre Photosyntheseeffektoren wirken. Aber es besteht auch die Möglichkeit, daß sie nur mittelbar bzw· im Ergebnis ihrer Metabolisierung den Photosyntheseprozeß tangieren, während sie ihre Hauptwirkong in anderen Stoffwechselbereichen manifestieren. Mit der im Patent "Verfahren zur differenzierten Selektion von Effektoren mittels autotropher Zellsuspensionen", WP G 12 Q/231 484/7 beschriebenen Methode wird das Ziel verfolgt, möglichst in einem Arbeitsgang die Ergebnisse von Tests mit autotrophen Zellsuspensionen auszuwerten und dabei primäre Photosyntheseeffektoren von primär nichtphotosynthetischen Effektoren zu trennen· Diese Erfindung basiert auf einem Auswertungsverfahren, das die optischen Eigenschaften substanzbehandelter autotropher Zellsuspensionen oder Organismensuspensionen nutzt und deren substanzinitiierte Variation mit Hilfe der Spektralkolorimetrie, der Spektralphotometrie oder der Nephelometrie bei 2 bis η verschiedenen Wellenlängenbereichen im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich erfaßt und vergleichend betrachtet. Während mit diesem Verfahren eine Selektion der Effektoren in verschiedenen Gruppen mit ähnlicher Wirkspezifik und vergleichbaren Wirkmechanismen möglich ist, können Selektionen von Effektoren, die vorrangig die Licht- oder die Dunkelreaktion hemmen, nicht vorgenommen werden. Auch die Aufdeckung von Permeations- und TransρortProblemen von Wirkstoffen sowie Informationen über die Art und Weise der Wirkungsauslösung wie z. B· zur Sofortwirkung der Effektoren werden mit diesem Verfahren nicht ausreichend erfaßt. Daraus ergibt sich der Wunsch nach einem Verfahren, das zwar ebenfalls auf Suspensionskulturen einzelliger Grünalgen beruht, dessen Auswertungsmodus jedoch neben der Selektion primärer Photosyntheseeffektoren auch die genauere Charakterisierung primär nichtphotosynthetischer Effektoren hinsichtlich ihrer Wirkspeaifik in einem Arbeitsgang erlaubt»In terms of their mode of action, classified substances do not form a single group. They can directly influence photosynthesis, ie act as primary photosynthetic effectors. But there is also the possibility that they only indirectly or as a result of their metabolism affect the photosynthesis process, while they manifest their Hauptwirkong in other metabolic areas. The aim of the method described in the patent "Methods for the differentiated selection of effectors by means of autotrophic cell suspensions", WP G 12 Q / 231 484/7, is to evaluate the results of tests with autotrophic cell suspensions, if possible in one operation, and primary primary photosynthesis effectors This invention is based on an evaluation method which utilizes the optical properties of substance-treated autotrophic cell suspensions or organism suspensions and detects their substance-initiated variation by means of spectral colorimetry, spectrophotometry or nephelometry at 2 to η different wavelength ranges in the infrared, visible or ultraviolet spectral range and comparative. While with this method, a selection of the effectors in different groups with similar Wirkkspezifik and similar mechanisms of action is possible, selections of effectors that primarily inhibit the light or dark reaction can not be made. The discovery of permeation and TransρortProblemen of active ingredients as well as information on the mode of action triggering such. B · to the immediate effect of the effectors are not sufficiently detected by this method. This results in the desire for a process that is based on suspension cultures of unicellular green algae, but whose evaluation mode allows not only the selection of primary photosynthetic effectors but also the more precise characterization of primarily non-photosynthetic effectors with regard to their effect in one operation ».

Object of the invention

Die Erfindung verfolgt das Ziel, für Tests mit autotrophen Suspensionskulturen einzelliger Grünalgen einen Auswertungsmodus vorzuschlagen, der in einem Arbeitsgang die Selektion primärer Photosyntheseeffektoren und primär nichtphotosynthetischer Effektoren ermöglicht und ihre Wirkspezifik charakterisiert·The aim of the invention is to propose an evaluation mode for tests with autotrophic suspension cultures of unicellular green algae, which allows the selection of primary photosynthesis effectors and primarily non-photosynthetic effectors in one operation and characterizes their effect specificity.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe augrunde, mittels eines speziellen Auswertungsverfahrens die in Anwendung des "Verfahrens zur Selektion biochemisch wirksamen Substanzen" selektierten Effektoren in einem geschlossenen Arbeitsgang als primäre Photosyntheseeffektoren bzw. primär nichtphotosynthetische Effektoren zu charakterisieren, sie also zu differenzieren und gleichzeitig den Nachweis zu führen, ob sich unter den als biochemisch unwirksam eingestuften Substanzen Effektoren anderer StoffWechselbereiche befinden. Insbesondere erlaubt die Erfindung die sichere Identifizierung von Photosynthesehemmern, die Aufdeckung von Permeations- und Transportproblemen des Effektors und die Selektion von Hemmern der Licht- und der Dunkelreaktion» Das Auswertungsverfahren liefert darüber hinaus Informationen über Einsetzen, Verlauf und Beständigkeit der Wirkungsausprägung in Abhängigkeit von der Dosis und von der Einwirkungsdauer der Effektoren sowie über Art und Weise der Wirkungsauslösung, wie durch die Soforthemmung der Photosynthese, durch Blektronenentzug, durch AutoOxydation, durch Membraneffekte u. a«The object of the invention is to characterize, by means of a special evaluation method, the effectors selected in application of the "method for selecting biochemically active substances" in a single operation as primary photosynthetic effectors or primarily non-photosynthetic effectors, ie to differentiate them and at the same time to provide proof whether substances classified as biochemically inactive are effectors of other metabolic areas. In particular, the invention allows the safe identification of photosynthetic inhibitors, the detection of permeation and transport problems of the effector and the selection of inhibitors of light and dark reaction. "The evaluation method also provides information on onset, course and persistence of the effect expression as a function of the dose and on the duration of action of the effectors as well as on the mode of action triggering, such as by the immediate inhibition of photosynthesis, by withdrawal of lead ions, by auto-oxidation, by membrane effects and the like. a '

Beim "Verfahren zur gasanalytischen Selektion von Effektoren mittels autotropher Zellsuspensionen" verfährt man zunächst grundsätzlich so, wie es das "Verfahren zur Selektion biochemisch wirksamer Substanzen" empfiehlt, also definierte Mengen chemischer Verbindungen mit autotroph kultivierten Zellsuspen-In the "method for the gas-analytical selection of effectors by means of autotrophic cell suspensions", the procedure is basically as recommended by the "method for the selection of biochemically active substances", ie defined amounts of chemical compounds with autotrophically cultured cell suspension.

sionen einzelliger Grünalgen in unmittelbaren Kontakt bringt und diese Proben parallel mit unbehandelten Vergleichskulturen bei einheitlicher Temperatur zwischen 20 ⁰O und 38 ⁰C im Licht belüftet, so daß sie auf der Grundlage des sich vollziehenden Photosyntheseprozesses wachsen und sich entwickeln· Kontinuierlich oder zu festgelegten Zeitpunkten werden dann Proben und Vergleichskultüren oder Anteile von beiden parallel oder in definierter Polge durch Analyse des photosynthetischen Sauerstoffumsatzes mittels Paramagnet-Gasanalysatoren, sauerstoffselektiver Elektroden, polarografischer und anderer elektrochemischer Meßketten, manometrischer Verfahren oder der Winklermethode und/oder des photosynthetischen Kohlendioxidumsatzes mittels Infrarot-Gasanalysatoren, G-Methode, ionenselektiver Elektroden photometrischen Methoden und pH-Messungen untersucht und die dabei gewonnenen Ergebnisse vergleichenden Betrachtungen unterzogen«single-celled green algae in direct contact and aerated these samples in parallel with untreated reference cultures at a uniform temperature between 20 ^{0 0} and 38 ⁰ C in the light, so that they grow and develop on the basis of the ongoing process of photosynthesis · Be continuous or at fixed times then samples and reference cultures, or portions of both in parallel or in defined poles, by analysis of the photosynthetic oxygen turnover by paramagnetic gas analyzers, oxygen selective electrodes, polarographic and other electrochemical electrodes, manometric methods or the Winkler method and / or the photosynthetic carbon dioxide turnover by means of infrared gas analyzers, G Method, ion-selective electrodes, photometric methods and pH measurements, and the results obtained were subjected to comparative

embodiments

1· Ausführungsbeispiel1 embodiment

Autotroph kultivierte Zellsuspensionen einzelliger Gründalgen der Species Chlorella vulgaris var. vulgaris, Stamm BÖHM und BORlTS 1972/1 in einer Suspensionsdichte von 12 s 10 Zellen/cnr werden mit verschieden konzentrierten wässrigen oder Dimethylsulfoxid-Lösungen der zu prüfenden Substanzen A bis P beimpft und zusammen mit unbehandelten Kontrollen bei 37,5 ⁰C belichtet und belüftet, so daß alle erforderlichen Voraussetzungen für die Photosynthese gegeben sind·Autotrophically cultured cell suspensions of unicellular green algae of the species Chlorella vulgaris var. Vulgaris, BÖHM and BORlTS 1972/1 in a suspension density of 12 s 10 cells / cnr are inoculated with differently concentrated aqueous or dimethyl sulfoxide solutions of the substances to be tested A to P and together with exposed untreated controls at 37.5 ⁰ C and aerated so that all the necessary conditions for photosynthesis are given ·

Me Analyse des photosynthetischen Sauerstoff- und Kohlendioxid-Umsatzes erfolgt in diesen Fällen nach einer spezifisch · entwickelten Meßanordnung, die durch Kopplung von kommerziell erhältlichen Infrarot- und Paramagnet-Gasanalysatoren eineIn these cases, the analysis of the photosynthetic oxygen and carbon dioxide conversion takes place according to a specifically developed measuring arrangement which, by coupling commercially available infrared and paramagnetic gas analyzers

gleichzeitige Bestimmung der Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentrationen des entwicklungsbedingten photosynthetischen Gaswechsels an 6 Meßplätzen im offenen Gasstrom mit hoher Genauigkeit ermöglicht. Während der photosynthetische Gaswechselumsatz der in nährlösung suspendierten Zellen in den unbehandelten Vergleichskulturen einer normalen Wachstumsentwicklung entspricht, werden die Säuerstoffproduktion und der Kohlendioxidverbrauch in den mit Chemikalien versetzten Chlorellas uspensionen während des Wachstums und der Entwicklung mehr oder weniger beeinflußt, wenn verschiedene Substanzkonzentrationen den Photosyntheseprozeß mehr oder weniger stören·Simultaneous determination of the oxygen and carbon dioxide concentrations of the evolutionary photosynthetic gas exchange at 6 measuring points in the open gas stream with high accuracy possible. While the photosynthetic gas turnover of the cells suspended in nutrient solution in the untreated control cultures is normal growth development, acidification and carbon dioxide consumption are more or less affected in the chemically offset chlorella susceptibilities during growth and development when different concentrations of substance more or less interfere with the photosynthetic process to disturb·

Die Ergebnisse der Analysen für die Substanzen A bis F sind in der Figur 1 zu entnehmen· Me Wirkbilder in Figur 1 würden durch Auftragungen der Photosynthesegeschwindigkeit dc/dt in Pikoliter pro Stunde und Zelle - pl h Zelle - als Funktionen der Zeit erhalten, wobei für solche Auftragungen statt der Photosynthesegeschwindigkeit auch die Konzentrationen oder die Logarithmen der Konzentrationen der photosynthetischen Sauerstoffproduktion bzw· des Kohlendioxidverbrauchs in VoI-% oder in anderen Konzentrationsmaßen geeignet sind· Die mit K bezeichneten Graphen sind jeweils die Photosynthesegeschwindigkeits-Zeit-Kurven der unbehandelten Kontrollen und die mit den Ziffern 1 bis 5 bezeichneten Graphen die entsprechenden Photosynthesegeschwindigkeits-Zeit-Kurven für die mit abgestuften, zunehmenden Konzentrationen der Substanzen A bis F versetzten Proben 1 bis 5· Die senkrechten Pfeile kennzeichnen die Applikationszeitpunkte·The results of the analyzes for the substances A to F are shown in FIG. 1. The Me action images in FIG. 1 were obtained by plots of the photosynthesis rate dc / dt in picoliters per hour and cell - h cell - as functions of time such plots instead of the photosynthesis rate, the concentrations or the logarithms of the concentrations of the photosynthetic oxygen production or of the carbon dioxide consumption in % by volume or in other concentration measures are suitable. The graphs labeled K are in each case the photosynthesis velocity-time curves of the untreated controls and those with 1 to 5 are the corresponding photosynthesis velocity-time curves for samples 1 to 5 staggered with graded, increasing concentrations of substances A to F. The vertical arrows indicate the application times.

Für die Substanz A wurde das Wirkbild Fig. 1, A, das für Harnst off herbizide und DCMÜ-Analoge wie Triazine, Carbamate, Urazile u· a. typisch ist, gefunden· Es verdeutlicht, daß sofort nach der Zugabe des Wirkstoffes die Photosynthesegeschwindigkeit proportional zur Konzentration blockiert wird· Die Wirkungsauslösung resultiert aus der Bindung des Wirkstoffs an ein Eiweiß wie das B-Protein der Elektronentransportkette derFor the substance A, the active pattern Fig. 1, A, which was used for Harnst off herbicides and DCMÜ analogs such as triazines, carbamates, uracils and the like. It is clear that immediately after the addition of the active ingredient, the speed of the photosynthesis is blocked in proportion to the concentration. The release of action results from the binding of the active ingredient to a protein, such as the B protein of the electron transport chain

Photosynthese, wodurch der jeweilige Lebensprozeß der Zellen partiell oder total unterbunden wird«"Photosynthesis, whereby the respective life process of the cells is partially or totally suppressed «"

Das Wirkbild der Substanz B in Pig· 1, B ist für Triazole wie Amitrol typisch. Uach Wirkstoffzugabe fällt die Photosynthesegeschwindigkeit relativ langsam, aber konzentrationsabhängig abe Solche Verbindungen besitzen eine unspezifische Wirkung, d. h., sie tangieren die verschiedensten Wirkorte· Langzeitig kommt es zur Überlagerung direkter Wirkungen auf die Photosynthese und indirekter Effekte im Wirkbild· Die Photosynthese wird durch Eingriff in verschiedenste Enzymaktivitäten und chelatisierende Effekte beeinflußt·The effect of the substance B in Pig · 1, B is typical for triazoles such as amitrole. After addition of active ingredient, the photosynthesis rate drops relatively slowly, but in a concentration-dependent manner. Such compounds have a nonspecific action, ie. h., they affect the most diverse sites of action · Long-term superimposition of direct effects on photosynthesis and indirect effects in the active image · Photosynthesis is influenced by intervention in various enzyme activities and chelating effects ·

Die Analyse des photosynthetischen Gaswechselumsatzes der Substanz C zeigt das Wirkbild Pig, 1, C· Vergleichbare Wirkbilder haben Bipyridyliumverbindungen. In diesen Fällen wird das entwicklungsbedingte Anwachsen der Photosynthesegeschwindigkeit, abgesehen von sehr hohen Dosen, wo sich verschiedenste Wirkstoff effekte überlagern, gegenüber der Kontrolle partiell vermindert oder völlig gehemmt. Diese ¥/irksamkeitsphase dauert dosisabhängig eine oder mehrere Stunden· Danach ergibt sich eine Wirksamkeitssteigerung infolge der Überlagerung verschiedenster direkter und indirekter Effekte<, Insbesondere die Wirkkurven der niederen Konzentrationen spiegeln im 1. Wirksamkeitsabschnitt den Wirkungsmechanismus der Substanzen wider. Diese konkurrieren funktionell auf der Acceptorseite des Photosystems I mit Perredosin um die durch die Lichteinwirkung emittierten Elektronen und vermindern damit die Effektivität der Photosynthese, ohne mit einer Eiweißkomponente eine Bindung einzugehen« Im späteren Kurvenverlauf widerspiegeln sich u· a. Membran- und Atmungseffekte sowie weitere Wirkungen.The analysis of the photosynthetic gas exchange rate of the substance C shows the active pattern Pig, 1, C. Comparable active sites have bipyridylium compounds. In these cases, the developmental increase in the speed of photosynthesis, apart from very high doses, where a variety of drug effects overlap, compared to the control is partially reduced or completely inhibited. This ¥ / efficacy phase lasts one or more hours depending on the dose. · This results in an increase in efficiency as a result of the superimposition of various direct and indirect effects. < In particular, the activity curves of the low concentrations reflect the mechanism of action of the substances in the first activity section. These functionally compete on the acceptor side of photosystem I with perredosine for the electrons emitted by the action of light and thus reduce the effectiveness of photosynthesis without binding with a protein component. "Later in the curve, u.a. Membrane and respiratory effects and other effects.

Das Wirkbild der Substanz D in Figo 1 widerspiegelt auch die Wirkung der 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure auf den photosynthetischen Gaswechselumsatz. Sofort nach der WirkstoffapplikationThe effect of the substance D in Fig. 1 also reflects the effect of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid on the photosynthetic gas turnover. Immediately after the drug application

fällt die Photosynthesegeschwindigkeit stark und dosisproportional ab, steigt anschließend wieder relativ stark an, um sich auf eine dosisproportionale Inhibition des entwicklungsbedingten Photosynthesezuwachses einzustellen· Wie aus 7ergleichsmessungen mit dem Uatriumsalz der Verbindung hervorgeht, resultiert der ν-formige Anfangsteil des Wirkbildes aus einem intrazellulären pH-Effekt, der die Photosynthesegeschwindigkeit unmittelbar tangiert. Derartige Erscheinungen ergeben sich bei der Störung des H⁺-Ionengradienten an den Thylacoiden und haben infolge der Reparatureffekte nur kurzzeitigen Charakter» Bei der Hemmung im anschließenden Wirkbildabschnitt dürften sich wiederum direkte Effekte im Photosynthesebereich und indirekte Wirkungen, die aus der Konfrontation anderer Metabolismen resultieren, überlagern·If the photosynthesis rate falls sharply and dose-proportional, then increases again relatively strong, in order to adjust to a dose-proportional inhibition of developmental photosynthesis growth · As results from 7gleichsextralen with the sodium salt of the compound, the ν-shaped initial part of the active image results from an intracellular pH effect which directly affects the speed of photosynthesis. Such phenomena arise in the disturbance of the H ⁺ ion gradient at the thylacids and have only a short-term character due to the repair effects. The inhibition in the subsequent active image section is likely to be superimposed by direct effects in the photosynthetic region and indirect effects resulting from the confrontation of other metabolisms ·

Sin wiederum qualitativ anderes Wirkbild zeigt die Substanz E, Pig» 1, Ξ· Es läßt verschiedene Wirksamkeitsphasen erkennen« Zunächst ist der Einfluß der Substanz E relativ gering, steigt dann aber stark an. Da sich die Meßkurven unterschiedlicher Konzentrationen schneiden, dürfte es sich bei der gezeigten Wirkung um die Überlagerung verschiedener Einzeleffekte handeln» Bei den schwächeren Konzentrationen tritt dann eine Wirksamkeitsabnähme auf, was aus dem gegenüber der Kontrolle wesentlich stärkeren Anstieg hervorgeht· Bei der niedrigsten Dosis wird die Photosynthesegeschwindigkeit der unbehandelten Probe wieder erreicht· Der Kurvenverlauf kann zielgerichtete NachfolgeUntersuchungen zur Wirkorteingrenzung und zum Wirkmechanismus des Wirkstoffs in der Zelle initiieren.Sin again qualitatively different effect shows the substance E, Pig »1, Ξ · It shows different phases of activity« First, the influence of substance E is relatively low, but then increases sharply. Since the curves of different concentrations intersect, the effect shown may be the superposition of several individual effects. »At the weaker concentrations, then a decrease in efficacy occurs, which results from the much greater increase compared to the control. · At the lowest dose, the photosynthesis rate becomes Recovering the Untreated Sample · The plot may initiate targeted follow-up studies of site-specific delimitation and the mechanism of action of the drug in the cell.

Vergleichbare Wirkbilder, wie das der Substanz S¹ in Figo 1, ]?, wurden auch für Carbendazin und Benomyl gefunden« Typisch ist, daß diese Substanz ca. 1 bis 2 Stunden überhaupt nicht auf die Photosynthese wirken· Das gilt auch für die Respiration. Erst nach einer derartigen Latenzzeit wird eine Wirkung sichtbar, die dann allerdings stark anwächst und auch zur totalenComparable effects, such as that of the substance S ¹ in Fig. 1,] ?, were also found for carbendazine and benomyl. "It is typical that this substance does not affect photosynthesis for about 1 to 2 hours at all · This also applies to respiration. Only after such a latency, an effect is visible, which then, however, strongly increases and also to the total

Inhibition führt. Die Ursache für dieses verzögerte Einsetzen des Wirkstoffeffektes liegt in Permeationsproblemen, die auch an anderem Testmaterial nachgewiesen werden konnten»Inhibition leads. The cause of this delayed onset of the drug effect lies in permeation problems, which could also be detected on other test material »

Neben den in der Figo 1 vorgestellten Wirkbildern gibt es noch eine größere Anzahl qualitativ und quantitativ unterscheidbarer Wirkungsverläufe· Durch Vergleich solcher Wirkbilder sowohl für die Beeinflussung der photosynthetischen Sauerstoffproduktion als auch des Kohlendioxidverbrauchs von neu untersuchten Substanzen, über deren herbizide Wirksamkeit bisher nichts oder wenig bekannt ist, mit einer Wirkbildkartei oder mit Hilfe der elektronischen Datenverarbeitung der Wirkdaten von gut untersuchten, auch kommerziell vertriebenen Herbiziden oder Standardherbiziden erhält man-konkrete Hinweise über ähnliche Wirkorte, Wirkmechanismen, Selektivität und Anwendungsmöglichkeiten solcher Effektoren·In addition to the images presented in FIG. 1, there are still a larger number of qualitatively and quantitatively distinguishable courses of action. By comparing such effects both for influencing the photosynthetic oxygen production and the carbon dioxide consumption of newly investigated substances whose herbicidal activity has hitherto been little known , with a Wirkbildkartei or with the help of electronic data processing of the active data of well-studied, even commercially distributed herbicides or standard herbicides-concrete indications of similar sites, mechanisms of action, selectivity and applications of such effectors obtained

2β Ausführungsbeispiel2β embodiment

Mit den Substanzen G und H wird wie im 1. Ausführungsbeispiel verf ahren«. Allerdings werden weiterreichende Auswertungen der Wirkdaten für die Beeinflussung des photosynthetischen Gaswechselumsatzes durch diese Substanzen vorgenommen·With the substances G and H will behave as in the first embodiment «. However, far-reaching evaluations of the active data for influencing the photosynthetic gas exchange rate are carried out by these substances.

Von der Substanz G wurde der Einfluß von 5 unterschiedlichen Konzentrationen 1-5 auf den photosynthetischen Gaswechselumsatz getestet und mit den Kontrollen K verglichen. Die Auswertung des Tests erfolgt durch Analyse der Sauerstoffproduktion in VoI-% und des Kohlendiosidverbrauchs auch in VoI-%* Die Fig. 2 informiert über die Ergebnisse beider Analysen, wobei der Einfluß auf die Säuerstoffproduktion durch gestrichelte Linien wiedergegeben und der ApplikationsZeitpunkt durch Pfeile gekennzeichnet sind·From the substance G, the influence of 5 different concentrations 1-5 on the photosynthetic gas turnover was tested and compared with the controls K. The evaluation of the test is carried out by analyzing the oxygen production in % by volume and the carbon dioxide consumption also in % by volume. FIG. 2 informs about the results of both analyzes, whereby the influence on the acid substance production is indicated by dashed lines and the application time point is indicated by arrows ·

Ähnlich wie im Wirkbild der Substanz C, Fig. 1, C, wird das entwicklungsbedingte Anwachsen der photosynthetischen Sauer-Similar to the effect of the substance C, Fig. 1, C, the developmental growth of the photosynthetic oxygen is

Stoffproduktion als auch des entsprechenden Kohlendioxidverbrauchs gegenüber der Kontrolle dosisabhängig partiell vermindert - Graphen 1 und 2 - oder völlig gehemmt r· Graph 3» Nach 1 bis 2 Stunden wird in beiden Fällen eine vergleichbare Wirksamkeitssteigerung infolge der Überlagerung verschiedenster Effekte beobachtet· Die Wirkungsverläufe 4 und -für sehr hohe Dosen sind zwar auch dosisabhängig, aber anders zu interpretieren als die entsprechenden Graphen 1 bis 3« Aufgrund der großen Ähnlichkeit des Wirkbildes mit Pig» 1,...C kann auch ein ähnlicher Wirkmechanismus wie für Substanz C angenommen werden. Obwohl der Einfluß der Substanz G auf die Sauerstoffproduktion und den Kohlendioxidverbrauch in Fig« 2 vergleichbar ist, zeigt eine Auftragung der FQ-Werte, in Abhängigkeit von der Einwirkzeit in Figo 3, daß die FQ-Werte dosisabhängig mit fortschreitender Einwirkdauer kleiner werden» Das weist darauf hin, daß in Abhängigkeit der Wirkdosis die photosynthetische Säuerstoffproduktion stärker gehemmt wird als der Kohlendioxidverbrauche Gleichzeitig verdeutlichen besonders die Kurvenverläufe 1 bis 3 Überlagerungen von verschiedenen Effekten, die substanzspezifisch sein dürften,» Weitere Hinweise zur Wirkspezifik von Substanz G erhält man bei einem Vergleich des photosynthetischen GaswechselUmsatzes in Form von Fig» 4· Sie zeigt eine Korrelation der dekadischen Logarithmen der. Konzentrationen der Sauerstoffproduktion und des Kohlendioxidverbrauchs, beide in Vol-%, zueinander. Während in diesem Fall für die Kontrolle K eine lineare Funktion mit einem Anstieg von Eins gefunden wird, zeigen die Graphen für die Dosen 1 bis 3 zunächst eine dosisabhängige Hemmung, aber einen absoluten entwicklungsbedingten Zuwachs· Gleichzeitig verdeutlichen diese Graphen eine stärkere Hemmung der Sauerstoffproduktion im Vergleich zum Kohlendioxidverbrauch. Der weitere Verlauf der Graphen 1 bis 3 zeigt dann - in Abhängigkeit von der ?/irkdosis - eine umkehrung des entwicklungsbedingten Gaswechselumsatzes_β Mit zunehmender Einwirkzeit nehmen die Ab-Particle production as well as the corresponding consumption of carbon dioxide in relation to the control partially dose-reduced - Graphs 1 and 2 - or completely inhibited r · Graph 3 »After 1 to 2 hours, a comparable increase in efficacy is observed in both cases due to the superimposition of different effects · The effects 4 and For very high doses are also dose-dependent, but to interpret differently than the corresponding graphs 1 to 3 "Due to the great similarity of the effect image with Pig" 1, ... C, a similar mechanism of action as for substance C can be assumed. Although the influence of the substance G on the oxygen production and the carbon dioxide consumption in Fig. 2 is comparable, a plot of the FQ values, as a function of the reaction time in Fig. 3, shows that the FQ values decrease in a dose-dependent manner as the exposure time progresses suggest that depending on the effective dose the photosynthetic acid production is more inhibited than the carbon dioxide consumption At the same time illustrate the curves especially 1 to 3 overlays of various effects, which should be substance-specific, More information on the specific effect of substance G is obtained in a comparison of the photosynthetic Gas change in the form of Fig. 4 · It shows a correlation of the decadic logarithms of the. Concentrations of oxygen production and carbon dioxide consumption, both in% by volume. While in this case a linear function with a slope of one is found for control K, the graphs for doses 1 to 3 show first a dose-dependent inhibition, but an absolute developmental increase. At the same time, these graphs illustrate a greater inhibition of oxygen production by comparison to the carbon dioxide consumption. The further course of the graphs 1 to 3 then shows a reversal of the development-related gas exchange rate _{β as} a function of the Δ / irk dose.

solutwerte des produzierten Sauerstoffs und des verbrauchten Kohlendioxids ab. Hierbei wird im Vergleich zur Kontrolle ein anderes konstantes Verhältnis Ig c _n /Ig c _nn erreicht, dasabsolute values of the oxygen produced and the carbon dioxide consumed. In this case, a different constant ratio Ig c _n / Ig c _{nn is} achieved compared to the control, the

Up OUpUp Oup

substanzspezifisch ist· Bei den sehr hohen Dosen 4 und 5 kommt es zur sofortigen Hemmung des Gaswechselumsatzes, wobei das Verhältnis Ig Cq /Ig c^q ähnlich dem der Kontrolle ist. 2 2Substance-specific · At very high doses 4 and 5 there is an immediate inhibition of gas turnover, with the ratio Ig Cq / Ig c ^ q being similar to that of the control. 2 2

In gleicher Weise wurde mit der Substanz H verfahren. Auch hier sind die Wirkbilder für die photosynthetische Sauerstoffproduktion und den Kohlendioxidverbrauch vergleichbar, Pigο 5· Die Ähnlichkeit mit dem Wirkbild Fig. 1, A weisen auf einen vergleichbaren Wirkmechanismus wie bei Substanz A. Eine Auftragung der FQ-Werte in Abhängigkeit von der Einwirkzeit für die Substanz H, Fig. 6, verdeutlicht, daß die konzentrationsproportionale Blockierung der Photosynthesegeschwindigkeit, angezeigt durch die Graphen 1 bis 3 i& Fig. 6, mit Ausnahme der ersten 15 Minuten der Einwirkzeit für die Dosen 2 und 3 zu keiner Änderung der FQ-Werte führt, Fig. 6, und damit den für Substanz A angenommenen Wirkmechanismus unterstützt. Erst die hohen Dosen 4 und 5 der Substanz H führen zu einer starken Verkleinerung der FQ-Werte und damit zu einer überproportionalen Hemmung der photosynthetischen Säuerstoffproduktion. Diese FQ-Werte stellen sich für hohe Dosen konzentrationsabhängig innerhalb der ersten 15 bis 20 Minuten ein und bleiben dann relativ konstant, Fig. 6, Graph. 4. Im Vergleich zu Fig. 4 zeigt eine Korrelation der Logarithmen der Konzentrationen des photosynthetischen Gaswechselumsatzes für Substanz H, Fig. 7, ein qualitativ anderes Bild. Der Graph für den Einfluß der Dosis 1 zeigt gute Übereinstimmung mit der Korrelationsfunktion für die Kontrolle. Die Dosen 2 und 3 führen zu einer dosisabhängigen absoluten Verringerung des Gaswechsel Umsatzes, ohne daß das Verhältnis Ig c_n /Ig c_m verändert wirdo Nach der dosisabhängigen Blockie-In the same way, the substance H was used. Again, the effects of the photosynthetic oxygen production and the carbon dioxide consumption are comparable, Pigο 5 · The similarity with the active pattern Fig. 1, A have a similar mechanism of action as substance A. A plot of the FQ values as a function of the exposure time for the Substance H, Figure 6, illustrates that the concentration-proportional blocking of the rate of photosynthesis indicated by graphs 1 to 3 i & 6, with the exception of the first 15 minutes of exposure time for doses 2 and 3, does not change the FQ values , Fig. 6, and thus supports the substance A assumed mechanism of action. Only the high doses 4 and 5 of the substance H lead to a strong reduction of the FQ values and thus to a disproportionate inhibition of the photosynthetic acid substance production. These FQ values adjust for high doses in a concentration-dependent manner within the first 15 to 20 minutes and then remain relatively constant, Fig. 6, Graph. 4. Compared to FIG. 4, a correlation of the logarithms of the concentrations of the photosynthetic gas turnover for substance H, FIG. 7, shows a qualitatively different picture. The dose 1 dose graph shows good agreement with the correlation function for the control. Doses 2 and 3 lead to a dose-dependent absolute reduction of the gas turnover without changing the ratio Ig c _n / Ig c _m . After the dose-dependent blockage

Up Ου«Up Ου «

rung stagnieren zunächst der HemmungsZuwachs der Sauerstoffproduktion. und danach der Hemmungs Zuwachs des Kohlendioxidverbrauchs» Dadurch kommt es zu einer Umkehrung und absoluten Zunahme des entwicklungsbedingten Gaswechselumsatzes, der sich zwar im Vergleich zur Kontrolle auch auf ein konstantes Verhältnis Ig Cq /Ig Cqq einstellt, sich aber durch eine vergleichsweise höhere Sauerstoffproduktion unterscheidet,Initially, the inhibition increase of oxygen production stagnates. and then the inhibition increase of carbon dioxide consumption »This leads to a reversal and an absolute increase in the developmental gas turnover, which is also compared to the control on a constant ratio Ig Cq / Ig Cqq sets, but differs by a comparatively higher oxygen production,

Vergleichen wir die Aussagen der Figuren--2-bis- 4 für die Substanz G mit denen der Figuren 5 bis 7 für Substanz H, so wird deutlich, daß die Auswertung solcher Tests durch gleichzeitige Analyse der photosynthetischen Sauerstoffproduktion und des photosynthetischen Kohlendioxidverbrauchs in einem Arbeitsgang zu sehr differenzierten Aussagen hinsichtlich der ?/irkung beider > Substanzen führen kann* Besonders deutlich zeigen sich diesbezüglich Unterschiede bei Korrelation der dekadischen Logarithmen der Konzentrationen des Gaswechselumsatzes zueinander in .Fig, 4 bzw. 7 und bei Auftragungen der FQ-Werte in Abhängigkeit' von Wirkdauer, Da der FQ-Wert für den photosynthetischen Gaswechselumsatz unbehandelter Chlorella-Kulturen bei rund 1,2 liegt, ergibt sich die Möglichkeit, die an behandelten Proben gemessenen FQ-Werte mit standardisierten Werten zu vergleichen, also ohne unbehandelte Kontrolle arbeiten und an ihrer Stelle sogar Eichtabellen nutzen au können,.If we compare the statements of the figures - 2-bis- 4 for the substance G with those of the figures 5 to 7 for substance H, it is clear that the evaluation of such tests by simultaneous analysis of the photosynthetic oxygen production and the photosynthetic carbon dioxide consumption in one operation to highly differentiated statements regarding the / can lead MPACT both> substances? * Especially clearly show in this respect differences in correlation of the logarithm to the base of the concentrations of the gas exchange turnover each other in .fig, 4 and 7 and at plots of FQ-values as a function 'of Duration of action Since the FQ value for the photosynthetic gas turnover of untreated Chlorella cultures is around 1.2, it is possible to compare the FQ values measured on treated samples with standardized values, ie work without an untreated control and in their place You can even use calibration tables.

3o Ausführungsbeispiel3o embodiment

Mit einer:neu synthetisierten organischen Verbindung K, über deren biologische Wirkeigenschaften noch nichts bekannt ist, wird wie im 1, Ausführungsbeispiel verfahren, do h» der Einfluß auf den photosynthetischen Gaswechselums atζ in 5 abgestuften Konzentrationen getestet· Von den gewählten Konzentrationsstufen beeinflussen nur die zwei höchsten Dosen 4 und 5 den Gaswechselumsatz_o Die Auswertung erfolgt hier in Form einer Auftragung der Photo-With a: newly synthesized organic compound K, whose biological activity properties are not yet known, the procedure is as in FIG. 1, the influence on the photosynthetic gas exchange rate tested in 5 graduated concentrations. Of the selected concentration levels, only the two influence highest doses 4 and 5 the gas exchange rate _o the evaluation takes place here in the form of a plot of the photo-

Synthesegeschwindigkeit in Pikoliter pro Stunde und Zelle -Synthesis rate in picoliters per hour and cell -

—1 —1 pl . h . Zelle - in Abhängigkeit von der Entwicklungszeit, Pig· 8· und einer Korrelation der Logarithmen der Konzentrationen des Sauerstoff- und Kohlendioxid-Umsatzes zueinander, Figo 9« In beiden Figuren fällt auf, daß durch beide Dosten 4 und 5 sofort nach der Applikation die Sauerstoffproduktion zunehmend gehemmt wird, der Kohlendioxid-Verbrauch dagegen aber abhängig von der eingesetzten Dosis erst 10 bzw» 100 Minuten später eine Inhibierung erkennen läßt_o Hier ist demnach der primäre Wirkort im Bereich der Lichtreaktion zu suchen. Der Wirkstoff ermöglicht aber andererseits wenigsten zeitweilig eine Fortsetzung der Kohlendioxid-Fixierung ohne eine sichtbare Beeinträchtigung, Der spezifische Verlauf der Graphen 4 und 5 dc/dt als Funktion von t in Fig« 8 bzw. Ig c_Q /Ig Cqq in Fig» 9 und die anhaltende Änderung der FQ-Werte weisin daraux hin, daß weitere Metabolismen durch Substanz K beeinträchtigt werden·-1 -1 pl. H . Cell - depending on the development time, Pig · 8 · and a correlation of the logarithms of the concentrations of the oxygen and carbon dioxide turnover to each other, Fig. 9 In both figures it is noticeable that both posts 4 and 5 produce oxygen immediately after application is increasingly inhibited, but the carbon dioxide consumption, however, depending on the dose used only 10 or »100 minutes later to detect inhibition _o Here is therefore the primary site of action in the field of light reaction to look for. On the other hand, the active substance on the other hand at least allows a temporary continuation of the carbon dioxide fixation without a visible impairment, The specific course of the graphs 4 and 5 dc / dt as a function of t in Fig. 8 and Ig c _Q / Ig Cqq in Fig. 9 and the persistent change in FQ values indicates that further metabolisms are impaired by substance K ·

Claims

Patent appealed ...

1. A method for the gas-analytical selection of effectors by means of autotrophic cell suspensions, characterized in that the photosynthetic oxygen and carbon dioxide conversion of substance-treated autotrophic cell suspensions or organism suspensions is used to substance-initiated variation of the photosynthetic oxygen and

Carbon dioxide conversion of such suspensions to be able to differentiate the effectors into primary and secondary photosynthetic effectors as well as into photosynthetic-neutral effectors «

2. Method according to item 1, characterized in that all susceptible autotrophic bacteria, blue-green algae, green algae and submerged lower and higher multicellular plants can be used as autotropic cell suspensions or organism suspensions.

Method according to items 1 and 2, characterized in that the photosynthetic oxygen conversion is analyzed by means of paramagnet gas analyzers, oxygen-selective electrodes, polarography and other electrochemical electrodes, manometric methods and the Winkler method or by a combination of several of these methods

4 Process according to items 1, 2 and 3 characterized in that the photosynthetic carbon dioxide conversion is analyzed by means of an infrared gas analyzer, a C method, photometric methods or by combinations of these methods

Process according to item 1, 2 ^ 3 and 4, characterized in that the photosynthetic oxygen production and the photosynthetic carbon dioxide consumption are analyzed simultaneously by combining the analytical methods.