DD250548A1 - Verfahren zur komplexen charakterisierung der wirkspezifik von effektoren mittels mikroalgensuspensionen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung "Verfahren zur komplexen Charakterisierung der Wirkspezifik von Effektoren mittels Mikroalgensuspensionen dient der Suche nach Pflanzenschutzmitteln und nach Effektoren biologischer Prozesse. Sie verfolgt das Ziel in je einem Arbeitsgang die Ergebnisse von Tests mit autotroph und/oder heterotroph kultivierten Mikroalgensuspensionen auszuwerten und dabei primaere Photosynthesehemmer, Atmungseffektoren und Effektoren des Stickstoffhaushaltes sicher zu differenzieren und die Effektoren besonders hinsichtlich der gemeinsamen Beeinflussung der optischen Eigenschaften, der photosynthetischen bzw. respiratorischen Gaswechselumsaetze und der Stickstoffionenumsaetze zu charakterisieren. Die Erfindung basiert auf einem komplexen Auswertungsverfahren, das die entwicklungsbedingten Beeinflussungen der optischen Eigenschaften bei einer oder verschiedenen Wellenlaengen, die photosynthetischen und/oder respiratorischen Sauerstoff- und Kohlendioxidumsaetze sowie p H-Wert-Aenderungen substanzbehandelter Algensuspensionen nutzt. Die Fig. 12 illustriert anhand von Wirkbildern fuer die durch den Effektor Z determinierten Beeinflussungen der optischen Eigenschaften bei 680 und 750 nm der photosynthetischen Sauerstoff- und Kohlendioxidumsaetze und der p H-Wert-Aenderungen von Chlorellasuspensionen in einem Arbeitsgang, dass die Auswertungsverfahren fuer die drei Analysenbereiche differenzierte Informationen ueber Einsetzen, Verlauf und Bestaendigkeit der Wirkungsauspraegung in Abhaengigkeit von der Dosis und von der Einwirkdauer der Effektoren sowie ueber Art und Weise der Wirkungsausloesung liefern.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Pflanzenschutzmittelforschung, Suche nach Regulatoren biologischer Prozesse, Naturstoffchemie, Umweltanalyse

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß für die Indikation der biologischen Aktivität von Effektoren Zellsuspensionen einzelliger Grünalgen genutzt werden können. Nach dem Patent „Verfahren zur Selektion biochemisch wirksamer Substanzen", DD-PS 94234, lassen sich mittels autotroph kultivierter ZeI !suspensionen diejenigen Chemikalien aus einer Stichprobe selektieren, die den fundamentalen Prozeß des autotrophen Zellwachstums, die Photosynthese, unmittelbar oder mittelbar beeinträchtigen. Die nach diesen Verfahren als „biochemisch wirksam" eingestuften Substanzen bilden aber 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 Hauptwirkung in anderen Stoffwechselbereichen manifestieren. Informationen hierüber sowie die Selektion von vorrangigen Photosynthese- oder Atmungshemmern, die Aufdeckung von Permeations-Effekten und die Selektion von Hemmern der Licht- und der Dunkelreaktion ermöglichen Selektionsverfahren die

auf Auswertungsmodi basieren, die entweder die entwicklungsbedingten Beeinflussungen der optischen Eigenschaften oder die photosynthetischen bzw. respiratorischen Gaswechselumsätze substanzbehandelter autotropher bzw. heterotropher Zellsuspensionen nutzen. Obwohl diese Selektionsverfahren darüber hinaus in der Lage sind, die Wirkungsverläufe näher zu charakterisieren, gestatten sie keine Aussagen über die Zeitabfolge der substanzinitiierten Beeinflussung der optischen Eigenschaften im Vergleich zur Beeinflussung der Gaswechselumsätze bzw. der Stickstoffionenumsätze. Da auch eine vergleichende Betrachtung der Analysenergebnisse aus Untersuchungen zur Beeinflussung der optischen Eigenschaften, der Gaswechselumsätze und/oder der lonenumsätze eines Effektors, die aus verschiedenen Tests erhalten wurden, keine gesicherten Aussagen zulassen, ergibt sich der Wunsch nach einem Verfahren, daß zwar ebenfalls auf Suspensionskulturen einzelliger Grünalgen beruht, dessen Auswertungsmodus jedoch durch gleichzeitige bzw. simultane Analyse der optischen Eigenschaften, der entsprechenden Gaswechselumsätze und lonenumsätze in möglichst einem Arbeitsgang eine komplexe Charakterisierung der Effektoren hinsichtlich ihrer Wirkspezifik auf die Photosynthese- und/oder Atmungswachstumsprozesse gestattet und eine sichere Selektion der Effektoren nach ihrer primären Wirkeigenschaft erlaubt.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung verfolgt das Ziel, fürTests mit autotrophen oder heterotroph kultivierten Mikroalgensuspensionen ein Analysenverfahren und einen Auswertungsmodus der Analysenergebnisse vorzuschlagen, die die substanzinitiierten Beeinflussungen der optischen Eigenschaften, der Gaswechselumsätze und Stickstoffionenumsätze, die proportional mit den Säure-Base-Eigenschaften der Suspensionen korrespondieren, in einem Arbeitsgang zu analysieren ermöglicht und neben einer komplexen Charakterisierung der Wirkspezifik von Effektoren hinsichtlich der Beeinflussungen der optischen Eigenschaften, der Gaswechselumsätze und der pH-Wertänderungen von Mikroalgensuspensionen eine sichere Identifizierung der Hauptwirkung der Effektoren und damit eine Selektion der Effektoren in primäre Photosynthese-und Atmungseffektoren oder Effektoren, die primär den Stickstoffhaushalt tangieren, gestattet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels der Analyse der Beeinflussungen der optischen Eigenschaften, der Gaswechsel- und der lonenumsätze substanzbehandelter einzelliger Algensuspensionen in einem Arbeitsgang und spezieller Auswertungsverfahren auf der Grundlage von Vergleichen dieser Analysenergebnisse, die Effektoren hinsichtlich ihrer Wirkspezifik umfassend zu charakterisieren und damit die Effektoren in primäre Effektoren der Photosynthese, der Atmung, des Stickstoffhaushaltes oder in nicht primär die Photosynthese, die Atmung, den Stickstoffhaushalt tangierende Effektoren bzw. unspezifische Effektoren zu differenzieren und zu klassifizieren.

Insbesondere erlaubt die Erfindung die sichere Identifizierung von Photosynthesehemmern, von Atmungseffektoren und von Effektoren des Stickstoffhaushaltes. Das Anwendungsverfahren liefert darüber hinaus für die Beeinflussungen der optischen Eigenschaften, der Gaswechselumsätze und der lonenumsätze Informationen über Einsetzen, Verlauf und Beständigkeit der Wirkungsausprägungen in Abhängigkeit von der Dosis und von der Einwirkungsdauer der Effektoren, über Art und Weise der Wirkungsauslösung wie Soforthemmung der Photosynthese und/oder der Atmung, über Permeations- und Transportprobleme sowie über den Wirkungsmechanismus des Effektors.

Beim „Verfahren zur komplexen Charakterisierung der Wirkspezifik von Effektoren mittels Mikroalgensuspensionen" werden definierte Mengen chemischer Verbindungen parallel oder simultan mit einzelligen Algensuspensionen, die in einer geeigneten Nährlösung autotroph oder heterotroph kultiviert werden, in unmittelbaren Kontakt gebracht und diese Proben parallel mit unbehandelten Vergleichskulturen bei einheitlicher Temperatur zwischen 20⁰C und 38°Cim Licht bzw. im Dunkeln belüftet, so daß sie auf der Grundlage der sich vollziehenden Photosynthese bzw. Atmungsprozesse wachsen und sich entwickeln. Zu . festgelegten Zeitpunkten werden dann von Proben und von Vergleichskulturen oder von Anteile von beiden parallel oder in definierter Folge die optischen Eigenschaften mittels spektralanalytischer Verfahren bei einem oder mehreren Wellenlängenbereichen des infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Spektrum, der photosynthetische bzw. respiratorische Sauerstoffumsatz mittels Paramagnet-Gasanalysatoren, sauerstoffsensitiver Elektroden, polarografischer und anderer elektrochemischer Meßketten, manometrischer Verfahren oder der Winklermethode und/oder der photosynthetische bzw. respiratorische Kohlendioxidumsatz mittels Infrarot-Gasanalysatoren, ¹⁴C-Methode, photometrischer Methoden oder pH-Messungen und der Stickstoffionenumsatz mittels pH-Elektroden, nitratsensitiven Elektroden bzw. anderen stickstoffionensensitiven Elektroden, polarographischer, konduktermetrischer oder spektralanalytischer Methoden untersucht und die dabei gewonnenen Analysenergebnisse vergleichenden Betrachtungen unterzogen.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1:

Autotroph kultivierte Zellsuspensionen einzelliger Grünalgen der Species Chlorella vulgaria var. vulgaris. Stamm BÖHM und BORNS 1972/1 in einer Suspensionsdichte von 6 x 10⁶ Zellen/cm³ werden mit verschiedenen konzentrierten wäßrigen Lösungen der zu prüfenden Substanzen A bis G beimpft und zusammen mit unbehandelten Kontrollen bei 37,5°C im Licht belüftet, so daß alle erforderlichen Voraussetzungen für die Photosynthese gegeben sind. Während die Änderungen der optischen Eigenschaften in der Nährlösung suspendierten Zellen in den unbehandelten Vergleichskulturen einer normalen Wachstumsentwicklung entsprechen, werden die optischen Eigenschaften in den mit Chemikalien versetzten Chlorellasuspensionen während des Wachstums mehr oder weniger beeinflußt, wenn verschiedene Substanzkonzentrationen den Photosyntheseprozeß mehr oder weniger stören.

Die Ergebnisse der optischen Analysen für Substanz A sind der Figur 1,A₁ bis A₆ zu entnehmen. Ein Vergleich der Wirkbilder Fig. 1,A₂ bis A₆, in Form von Auftragungen der Extinktionen bei 621,680,702 und 750nm für die unbehandelten Kontrollsuspension K und die mit der Substanz A in abgestuft zunehmenden Konzentrationen 1 bis 4 konfrontierter Suspensionen 1 bis 4 als Funktionen der Einwirkzeiten, illustrieren einige mögliche wellenlängenabhängige Beeinflussungen

der optischen Eigenschaften substanzbehandelter Chlorellasuspensionen. Neben solchen Wirkbildern können auch Auftrag u ng en der Logarithmen der scheinbaren Extinktionen IgE' nephelometrischer Messungen bei 545 η m, Fig. 1,A₁, oder anderen Wellenlängen zu Beurteilung der Beeinflussung der optischen Eigenschaften herangezogen werden. Während in Fig. 1,A₃ hauptsächlich die Beeinflussung der Chlorophyllsynthese durch die Wahl der Extinktionsmessungen in der Nähe des Bereiches von 680 bis 685 nm angezeigt wird, beruhen die in den Wirkbildern Fig. 1,A₁₁A₂, A₄ und A₅ sichtbaren Effekte auf Streuphänomene bzw. dem komplexen Wachstum der Zellen. Wie die Fig. 1, A-i im Vergleich zu den Fign. 1,A₂, A₄ und A₅ ausweist, sind besonders nephelometrische Messungen zum Nachweis substanzinitiierter Streuphänomenen geeignet. Gleichzeitig verdeutlicht ein Vergleich der Fig. 1, A₁ bis A₅ untereinander, daß die Auswertung solcherTests bei verschiedenen Wellenlängen, für die die Extinktionsmessungen bei den angegebenen Wellenlängen nur einige mögliche Kombinationen von vielen darstellen, zu sehr differenzierten Aussagen hinsichtlich der Wirkung auf die optischen Eigenschaften führen kann. Für die Beurteilung der Beeinflussung der optischen Eigenschaften substanzbehandelter Mikroalgensuspensionen sind auch Auftragungen der Differenzen zwischen zwei Extinktionen verschiedener Wellenlängen wie ΔΕ₆₈₀_7₅₀ in Abhängigkeit von der Zeit geeignet, wie beispielsweise im Wirkbild Fig. 1, A₆ gezeigt wird.

Besonders deutlich zeigen sich Unterschiede differenzierter Beeinflussungen der optischen Eigenschaften bei zwei verschiedenen Wellenlängen bei Korrelationen der dekadischen Logarithmen der Extinktionswerte beider Wellenlängen zueinander.

Die Wirkbilder B bis G in Fig. 2, hier als Auftragung der Logarithmen der Extinktionen bei 680 und 750 nm zueinander, zeigen als Beispiele einige unterschiedliche Wachstumsbeeinflussungen synchroner autotroph kultivierter Chlorellasuspensionen, die durch die Substanzen B bis G verursacht wurden. Deutlich sind in Abhängigkeit von der Dosis und der Einwirkzeit die Einflüsse der Effektoren auf die Chlorophyllsynthese, angezeigt durch die optischen Eigenschaften der Suspensionen bei 680nm und das komplexe Zellwachstum bzw. die Streueigenschaften der Zellen, hier angezeigt durch die IgE-Werte bei 750 nm, erkennbar.

Beispiel 2:

Von der zu prüfenden Substanz wurden parallel in einem Autotroph- und einem Heterotrophtest die optischen Eigenschaften bei 680 und 750nm untersucht.

Die Ergebnisse der Analysen sind der Fig. 3, H₁ bis H₄ zu entnehmen. Die Wirkbilder Fig. 3, H₁ und H₃ zeigen wie Fig. 2 für die Substanzen B bis G im Autotrophtest unterschiedliche/substanzspezifische Wirkungen in beiden Testvarianten. Aber erst ein Vergleich der optischen Eigenschaften beider Testvarianten untereinander erlaubt eine genauere Einordnung des Effektors. Die Wirkbilder Fig. 3, H₂ und H₄zeigen für 680 und 750 nm einen solchen Vergleich der Beeinflussung der optischen Eigenschaften durch Substanz H. Besonders die Auftragung Fig.3, H₂ berechtigt zu einer Einstufung des Effektors H als primären Photosynthesehemmer, da die optischen Eigenschaften bei 680 nm im Autotrophtest deutlich stärker beeinflußt werden als im Heterotrophtest.

Beispiel 3:

Mit den Substanzen I bis T wurde wie im 1. Ausführungsbeispiel verfahren, allerdings standen hier die Beeinflussungen der photosynthetischen und respiratorischen Gasumsätze durch diese Effektoren im Vordergrund.

Die Analyse der photosynthetischen und respiratorischen Sauerstoff- und Kohlendioxidumsätze erfolgt in diesen Fällen nach einer spezifisch entwickelten Meßanordnung, die durch Kopplung von kommerziell erhältlichen Infrarot- und Paramagnet-Gasanalysatoren eine gleichzeitige Bestimmung der Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentration der entwicklungsbedingten Gaswechselumsätze an 6 Meßplätzen im offenen Gasstrom mit hoher Genauigkeit ermöglicht.

Die Fign. 4 bis 8 illustrieren aus einer großen Vielfalt einige mögliche Beeinflussungen photosynthetischer Gaswechselumsätze, Fig.4,1₁ und J₁, Fig. 5, K₁, Fign. 6 bis 8, L₁ bis T₁ bzw. respiratorischer Gaswechselumsätze, Fig.4,1₁ und J₁, Fig. 5, K₁, Fign.6 bis 8, L₂ bis T₂.

Auch aus den Wirkbildern in den Fign.4 bis 8 erhält man ähnlich, wie in den ersten beiden Ausführungsbeispielen für die optischen Analysen gezeigt wurde, Informationen über Einsetzen, Verlauf und Beständigkeit der Wirkungsausprägungen in Abhängigkeit von der Dosis und von der Einwirkungsdauer der Effektoren sowie über Art und Weise der Wirkungsauslösung wie Soforthemmung der Photosynthese und/oder der Atmung, über Permeations- und Transportprobleme des Effektors.

Insbesondere erlauben eine weitere Auswertung solcher Analysenergebnisse und vergleichende Betrachtungen die Identifizierung von Photosynthesehemmern und Atmungseffektoren und damit eine Selektion von Effektoren, die vorrangig als Nachlauflaufherbizide oder Vorauflaufherbizide genutzt werden können.

Von den Substanzen I und J wurden die Beeinflussungen der photosynthetischen Sauerstoffproduktion und des Kohlendloxidverbrauchs substanzbeharidelter Chlorellasuspensionen untersucht und die Analysenergebnisse für den Einfluß von 5 unterschiedlichen Konzentrationen 1 bis 5 auf den photosynthetischen Gaswechselumsatz mit den Kontrollen K verglichen.

Die Fign.4,1₁ und J₁ informieren über die Ergebnisse beider Analysen, wobei der Einfluß auf die Sauerstoffproduktion, der hier wie die Beeinflussung des Kohlendioxidverbrauchs in Vol.-% angegeben ist, durch gestrichelte Linien wiedergegeben und die Applikationszeitpunkte durch Pfeile gekennzeichnet sind.

Die Wirkbilder für die photosynthetische Sauerstoffproduktion und den Kohlendioxidverbrauch in Fig.4, L₁ sind qualitativ vergleichbar. Sie verdeutlichen, daß sofort nach der Zugabe des Wirkstoffes beide Gaswechselumsätze proportional zur Konzentration blockiert werden. Die Analyse der Beeinflussungen der photosynthetischen Gaswechselumsätze durch Substanz I zeigt vergleichbare Wirkbilder, Fig. 4,1₁. In diesem Fall wird das entwicklungsbedingte Anwachsen der Photosynthesegeschwindigkeit, abgesehen von sehr hohen Dosen, wo sich verschiedenste Wirkstoffeffekte überlagern, gegenüber der Kontrolle partiell vermindert oder völlig gehemmt. Diese Wirksamkeitsphase dauert dosisabhängig eine oder mehrere Stunden. Danach ergibt sich eine Wirksamkeitssteigerung infolge der Überlagerung verschiedenster direkter und indirekter Effekte.

Auftragungen der FQ-Werte in Abhängigkeit von den Einwirkzeiten der Substanzen I bzw. J, Fig. 4,1₂ bzw. J₂, verdeutlichen, daß die konzentrationsproportionale Blockierung der Photosynthesegeschwindigkeit durch den Effektor I, angezeigt durch die Graphen 1 bis 3 in Fig. 4,1₂, mit Ausnahme der ersten 15 Minuten für 2 und 3 zu keiner Änderung der FQ-Werte führen.

Erst die hohen Dosen 4 und 5 der Substanz I determinieren eine starke Verkleinerung der FQ-Werte und damit eine überproportionale Hemmung der photosynthetischen Sauerstoffproduktion.

Obwohl der Einfluß der Substanz I auf die Sauerstoffproduktion und der Kohlendioxidverbrauch in Fig.4, J₁ ähnlich wie für Substanz I vergleichbar ist, zeigt hier eine Auftragung der FQ-Werte in Abhängigkeit von der Einwirkzeit in Fig.4, J₁, daß die FQ-Werte dosisabhängig mit fortschreitender Einwirkdauer kleiner werden. Das weist auf eine dosisabhängige stärkere Hemmung der photosynthetischen Sauerstoffproduktion. Weitere Hinweise zur Wirkspezifik der Substanzen I und J erhält man durch Vergleich der photosynthetischen Gaswechselumsätze in Form von Korrelationen der dekadischen Logarithmen der Konzentrationen der Sauerstoff produktion und des Kohlendioxidverbrauchs zueinander. Solche Auftragungen für die Effektoren I und J zeigen die Wirkbilder Fign.4,1₃ und J₃, wobei in diesen Fällen die Konzentrationen beider Gasumsätze in Vol.-% angegeben sind. Während für die Kontrolle K immer lineare Funktionen mit einem Anstieg von Eins gefunden werden, zeigen die Kurven 2 und 3 in Fig.4,1₃ eine dosisabhängige absolute Verringerung des Gasumsatzes, ohne, daß das Verhältnis Ig C₀₂/lg Cco₂ wesentlich verändert wird. Im Wirkbild gleicher Auftragung für die Substanz J, Fig.4, J₂, zeigen die Graphen für die Dosen 1 bis 3 zunächst einen absoluten entwicklungsbedingten Zuwachs. Der weitere Verlauf der Graphen 1 bis 3 zeigt dann eine Umkehrung des Gaswechselumsatzes. In ähnlicher Weise lassen sich Analysen des respiratorischen Gaswechselumsatzes zur Charakterisierung der Wirkspezifik von Effektoren nutzen. So wurden von der Substanz K der Einfluß von 3 unterschiedlichen Konzentrationen 1 bis 3 auf den respiratorischen Gaswechselumsatz getestet und mit den Kontrollen K verglichen. Die Auswertung des Tests erfolgte durch Analyse der Kohlendioxidproduktion und des Sauerstoffverbrauchs, beide in pl h~¹ Zelle"¹. Die Fig. 5 informiert überdie Ergebnisse beider Analysen, wobei der Einfluß auf den Sauerstoffverbrauch durch gestrichelte Linien wiedergegeben und die Applikationszeitpunkte durch Pfeile gekennzeichnet sind. Nach der Wirkstoffzugabe wird eine relativ langsame, aber konzentrationsabhängige Abnahme der respiratorischen Gaswechselgeschwindigkeiten beobachtet. Das weist auf eine unspezifische Wirkung auf die Atmungsprozesse durch diese Substanz hin. Obwohl der Einfluß der Substanz K auf die Kohlendioxidproduktion und den Sauerstoffverbrauch in Fig. 5, K₁ vergleichbar und sehr unspezifisch ist, zeigt eine Auftragung der Respirationsquotienten RQ in Abhängigkeit von der Einwirkzeit in Fig. 5, K₂, daß die RQ-Werte, die durch die Dosen 1 und 2 determiniert sind, zwar von den Kontrollwerten geringfügig abweichen, aber im Gegensatz zur Kontrolle kontinuierlich mit zunehmender Einwirkzeit kleiner werden. Der Graph 3 in Fig. 5, K₂ zeigt, daß eine höhere Dosis der Substanz K zu einer Umkehrung des Verhältnisses Kohlendioxidproduktion/Sauerstoffverbrauch führt. Weitere Hinweise zur Wirkspezifik von Substanz K erhält man bei einem Vergleich des respiratorischen Gaswechselumsatzes in Form von Fig.5, K₃. Sie zeigt eine Korrelation der dekadischen Logarithmen der Konzentrationen der Kohlendioxidproduktion und des Sauerstoffverbrauchs, beide in pl h"¹ Zelle"¹ zueinander. Während in diesem Fall für die Kontrolle K, wie zu erwarten, eine lineare Funktion mit einem Anstieg von Eins gefunden wird, zeigen die Graphen für die Dosen 1 und 2 zunächst eine dosisabhängige absolute Verringerung des Gaswechselumsatzes und danach eine absolute Zunahme des entwicklungsbedingten Gaswechselumsatzes, der sich im Vergleich zur Kontrolle auch auf ein ähnliches Verhältnis Ig Cco/l9 Co, einstellt.

Vergleiche der möglichen Aussagen der Fign.4 und 5 für die Photosynthesebeeinflussung durch die Substanzen I und J und für die Atmungsbeeinflussung durch Substanz H verdeutlichen als Beispiele, daß die Auswertung solcher Tests durch gleichzeitige Analyse der Kohlendioxid- und Sauerstoffumsätze in einem Arbeitsgang auch zu sehr differenzierten Aussagen hinsichtlich der Wirkspezifik von Substanzen führen kann. Besonders deutlich zeigen sich diesbezüglich auch hier Unterschiede bei Korrelationen der dekadischen Logarithmen der Konzentrationen der photosynthetischen bzw. respiratorischen Gasumsätze zueinander und bei Auftragungen der FQ bzw. RQ-Werte in Abhängigkeit von der Wirkdauer.

Beispiel 4:

Durch Vergleichen der Analysenergebnisse der photosynthetischen und respiratorischen Gaswechselumsätze substanzbehandelter autotroph kultivierter einzelliger Grünalgensuspensionen ist man in der Lage, die Effektoren als primäre Photosyntheseeffektoren, primäre Atmungseffektoren oder unspezifische Photosynthese- bzw. Atmungseffektoren zu charakterisieren und zu differenzieren, wie nachfolgend am Beispiel für die Effektoren L bis T gezeigt wird. Die Ergebnisse der Analysen für die Beeinflussungen der photosynthetischen und respiratorischen Gaswechselumsätze der Substanzen L bis T, mit denen wie im 1. und 3. Ausführungsbeispiel verfahren wurde, sind den Fig η. 6 bis 8 zu entnehmen. Diese Figuren enthalten in der oberen Hälfte die Wirkbilder für die Beeinflussung der Photosynthesegeschwindigkeit und in den unteren Hälften die Wirkbilder für die Beeinflussung der Respirationsgeschwindigkeit. Aus praktischen Gründen werden die Wirkbilder in Form von Auftragungen der Sauerstoff Produktionsgeschwindigkeit — obere Hälften der Figuren — bzw. der Kohlendioxidproduktionsgeschwindigkeit—untere Hälftender Figuren — dc/dtin Pikoliter pro Stunde und Zelle — plh"¹ Zelle"¹ — als Funktion der Zeit vorgestellt, wobei der Maßstab dc:dt für die Respirationsgeschwindigkeit im Vergleich zur Photosynthesegeschwindigkeit, dem natürlichen Verhältnis nahekommend, auf das zehnfache gestreckt wurde. Die mit K bezeichneten Graphen sind wieder die entsprechenden Gasumsatzgeschwindigkeit-Zeit-Kurven der unbehandelten Kontrollen von der nullten bis zur achten Stunde und die mit den Ziffern 1 bis 5 bezeichneten Graphen die entsprechenden Gasumsatzgeschwindigkeit-Zeit-Kurven für die mit abgestuften, zunehmenden Konzentrationen der Substanzen L bis T versetzten Proben 1 bis 5. Die senkrechten Pfeile kennzeichnen die Applikationszeitpunkte, die meist in der Nähe der vierten Zyklusstunde liegen.

Die Wirkbilder in Fig. 6, L für den Effektor L zeigen nach Wirkstoffzugabe ein relativ langsames Abfallen der Photosynthesegeschwindigkeit und der Respirationsgeschwindigkeit, sie weisen auf unspezifische Wirkungen. Besonders auffällig ist, daß die Beeinflussung durch gleiche Wirkstoffkonzentrationen, bei Beachtung des Verhältnisses von 1:10 beider Gaswechselumsätze, sich in ähnlicher Weise in beiden Wirkbildern widerspiegeln. Die Analyse der photosynthetischen und respiratorischen Gaswechselumsätze der Substanz Μ zeigen die Wirkbilder Fig. 6, M₁ und M₂. In diesen Fällen wird das entwicklungsbedingte Anwachsen der Gaswechselumsatzgeschwindigkeiten, abgesehen von sehr hohen Dosen, wo sich verschiedenste Wirkstoff effekte überlagern, gegenüber der Kontrolle partiell vermindert oder völlig gehemmt. Diese Wirksamkeitsphasen dauern 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 ersten Wirksamkeitsabschnitt den Wirkungsmechanismus solcher Substanzen wider. Im späteren Kurvenverlauf widerspiegeln sich u.a. Membran-und Atmungseffekte sowie weitere Wirkungen. Im Unterschied zur Substanz L sind zur Auslösung ähnlicher Effekte in beiden Wirkbildern für die Atmungsbeeinflussung vergleichsweise höhere Wirkstoffkonzentrationen nötig. Dies weist auf eine stärkere partielle Hemmung der Photosynthese.

Die sehr ähnlichen Wirkbilder der Substanz N in Fig. 6, Ν_Ί und N₂ zeigen, daß sofort nach der Wirkstoffapplikation die Gaswechselgeschwindigkeiten stark und dosisproportional abfallen, anschließend wieder relativ stark ansteigen, um sich dann auf eine dosisproportionale Inhibition des entwicklungsbedingten Gaswechselzuwachses einzustellen, wobei der v-förmige Anfangsteil der Wirkkurven aus einem intrazellulären pH-Effekt, der die Gaswechselgeschwindigkeit unmittelbar tangiert, resultiert. Die auffallenden Übereinstimmungen der Wirkbilder und ihre Spezifik weisen auf unspezifische Beeinflussung der Photosynthese- und Atmungsprozesse hin.

Während die Wirkbilder der Substanzen L bis N in Fig. 6 für Photosynthese und die Atmungsbeeinflussung vergleichbar waren, zeigen die Wirkbilder für die Substanzen O bis Q, Fig.7, O bis Q, für beide Testvarianten deutliche Unterschiede. So wird die Photosynthesegeschwindigkeit durch die Substanz O relativ schnell dosisabhängig verringert, was die ersten Kurvenabschnitte im entsprechenden Wirkbild Fig.7, O₁ verdeutlichen. Die Atmung wird zwar in ähnlicher Weise aber mit geringerer Geschwindigkeit beeinflußt, wie das Wirkbild Fig.7,0₂ veranschaulicht.

Für die Substanz P wurden die beiden Wirkbilder in Fig.7, P₁ und P₂ gefunden. Die photosynthetische Sauerstoffproduktion wird, wie auch hier die ersten Kurvenabschnitte zeigen, dosisabhängig gehemmt, wobei starke Konzentrationen in Abhängigkeit der zunehmenden Dosis in immer kürzerer Zeit zu einer totalen Hemmung, ja sogar zu einer Umkehrung des photosynthetischen Gaswechselumsatzes zu einem respiratorischen Gaswechselumsatz führen. Auch das Wirkbild für die Respirationsbeeinflussung durch Substanz P, Fig.7, P₂, zeigt komplizierte Gasumsatzgeschwindigkeits-Zeit-Kurven, die auf verschiedene nacheinander verlaufende und sich gegenseitig durchdringende Wirkungseffekte hinweisen. Allerdings sind zur Auslösung dieser Wirkungsverläufe vergleichsweise zur Photosynthesebeeinflussung höhere Wirkkonzentrationen dieser Substanz nötig. Damit ist diese Substanz als ein Photosynthesehemmer einzustufen.

Die Beeinflussung der photosynthetischen und respiratorischen Gaswechselumsätze durch die Substanz Q wird durch die Wirkbilder Q in Fig. 7 veranschaulicht. Das Wirkbild für die Photosynthesebeeinflussung läßt verschiedene Wirksamkeitsphasen erkennen. Zunächst ist der Einfluß der Substanz relativ gering, steigt dann aber stark an. Obwohl vergleichsweise erst höhere Wirkkonzentrationen die Wirkungsverläufe im Wirkbild für die Atmungsbeeinflussung determinierten, zeigen trotzdem deren Verläufe vergleichsweise in den ersten Kurvenabschnitten eine stärkere dosisabhängige Atmungshemmung, was auf eine vorrangig unspezifische Atmungshemmung hinweist.

Die Wirkbilder für die Photosynthese- und Atmungsbeeinflussung durch die Substanzen R bis T werden in Fig. 8 vorgestellt. Typisch für diese Substanzen ist, daß im Vergleich zur Atmungsbeeinflussung die Wirkbilder für die Photosynthesebeeinflussung sehr ähnlich sind. Sie verdeutlichen, daß sofort nach der Zugabe des Wirkstoffes die Photosynthesegeschwindigkeit proportional zur Konzentration blockiert wird. Die Beeinflussung der Atmungsprozesse durch die Substanz R bis Tzeigen die Wirkbilder R₂ bis T₂ in der unteren Hälfte der Fig. 8. Im Vergleich zur Photosynthesebeeinflussung durch diese Substanzen sind hier qualitative und quantitative Unterschiede feststellbar. So zeigen auch sehr hohe Konzentrationen der Substanz R, die vergleichsweise höher sind als 1 bis 5 im Wirkbild Fig.8, R-i für die Photosynthesebeeinflussung, auf die Atmungsprozesse im Heterotroptest keinen Einfluß. Das weist diese Substanz als einen relativ spezifischen Photosynthesehemmer aus.

Das Wirkbild für die Beeinflussung der Respiration durch die Substanz S in Fig.8, S₂ wird im Vergleich zur Photosynthesehemmung nur durch die zehnfache.Menge an Wirkstoff verursacht, gleichzeitig ist die Atmungsbeeinflussung im Vergleich zur Photosynthesebeeinflussung bedeutend unspezifischer, was auch diese Substanz als einen primären Photosynthesehemmer ausweist. Im Gegensatz dazu weist das Wirkbild für die Atmungsbeeinflussung der Substanz T in Fig. 8, T₂ sowie die getesteten Wirkkonzentrationen aus, daß diese Substanz auch primär Wirkorte der Atmungsprozesse zu tangieren vermag, was besonders durch die Atmungsblockierung in Graph 2 Fig. 8, T₂ illustriert wird.

Auch in diesen vorgestellten Fällen sind weitere genauere Charakteristiken der Wirkungsspezifik durch Auswertungen höherer Ordnung möglich,.wie sie in den Fign.4 und 5 vorgestellt wurden.

Beispie! 5:

Neben der Analyse der optischen Eigenschaften und der Gaswechselumsätze können weiterreichende Aussagen zur Wirkspezifik der Effektoren über die Analyse der lonenumsätze von Mikroalgensuspensionen gewonnen werden. Hierbei sind solche lonenumsätze, die die Beeinflussung des Stickstoffhaushaltes der Mikroalgensuspensionen signalisieren können wie Nitrat-, Nitrit- oder Ammoniumionenumsätze oder besser die korrespondierenden Hydroxyd- oder Wasserstoffionenumsätze besonders wichtig. Letztere lonenumsätze lassen sich gut bei Verwendung geeigneter Nährlösungen, wie z.B. die Nährlösung im 6. Ausführungsbeispiel, über pH-Wertmessungen während des Wachstums und der Entwicklung der Algensuspensionen verfolgen, ohne daß die Analysen der Gaswechselumsätze oder die optische Analyse bei entsprechenden Meßanordnungen behindert werden. Einzellige Mikroalgen sind für Untersuchungen der Beeinflussungen des Stickstoffhaushaltes besonders geeignet, da sie weder über Speicherkapazität für Nitrat- oder andere Stickstoffionen verfügen und für solche lonenumsätze prinzipiell keine Transport- und Permeationsparrieren bestehen.

Die Fig. 9, U bis W zeigt anhand der Beeinflussung des Stickstoffhaushaltes von synchronen Chlorellasuspensionen durch die Effektoren, U, V und W die Analysenergebnisse solcher pH-Messungen. Aus den Wirkbildern Fig. 9, U bis W in Form von Auftragungen der wachstumsbedingten pH-Werte in Abhängigkeit seiner Säure-Base-Eigenschaften und seiner Dosis den Anfangs-pH-Wert nicht zu beeinflussen braucht, Fig. 9, U, ihn anheben kann, Fig. 9, V oder herabsenkt, Fig. 9, W. Für die letzten beiden Beispiele empfiehlt es sich, zur Vereinfachung der weiteren Auswertung die Wirkbilder zu normieren, indem die pH-Zeit-Kurven für die Dosen 1 bis 5 in den Fign. 9, V und W parallel zur Zeitachse so verschoben werden, daß der Anfangs-pH-Wertfür alle Dosen mit den Kontrollwert übereinstimmen.

Von der Substanz X, über deren Analysenergebnisse und Auswertungen Fig. 10 informiert, wurde der Einfluß von 6 abgestuften zunehmenden Konzentrationen 1 bis 6 auf Wachstum und Stickstoffhaushalt von Chlorellasuspensionen untersucht. Ein Vergleich der Wirkbilder für die Wachstumsbeeinflussungen, die durch Extinktionsmessungen bei 680 nm, Fig. 10, X-i bzw. bei 750nm, Fig. 10, X₂ erhalten wurden mit dem Wirkbild für die Beeinflussung des pH-Wertes der Suspensionen der Substanz X, Fig. 10, X₃, zeigt deutliche Unterschiede im Einsetzen, Verlauf und in der Beständigkeit der Wirkungsausprägung in Abhängigkeit von der Dosis und von der Einwirkungsdauer des Effektors. Das wird besonders durch die unterschiedlichen dosisabhängigen Wirkungsverläufe in den Wirkbildern Fig. 10, X₄ bis X₆ verdeutlicht. Auftragungen der Logarithmen der Extinktionen bei 680 und 750nm zueinander, Fig. 10, X₄, zeigen für die Dosen 2 bis 4 eine zunehmend stärkere Wachstumshemmung bei 680nm an. Das

weist diese Substanz als einen Photosynthesehemmer aus. Ein Vergleich der Wachstumsbeeinflussungen bei 680 bzw. 750 nm mit der entsprechenden Beeinflussung des pH-Wertes, Fig. 10, X₅ und X₆, illustriert in ähnlicher Weise besonders in den ersten Wirkungskurvenabschnitten, daß mitzunehmenden Dosen der Substanz X die optischen Eigenschaften bei 680 und750nm stärker beeinflußt werden als der wachstumsbedingte Stickstoffhaushalt. Damit kann Substanz X als primärer Photosynthesefaktor bestätigt werden.

Zu anderen Schlußfolgerungen gelangt man bei einer entsprechenden Auswertung der Analysenergebnisse für die Beeinflussungen des Wachstums und des Stickstoffhaushaltes von Chlorellasuspensionen, die mit Substanz Y behandelt wurden, Fig. 11, Y₁ bis Y₆.

Auch hier zeigen die Fign.11, Y₁, Y2 und Y₃ die zeitabhängigen Beeinflussungen der optischen Eigenschaften bei 680 nm, Fig. 11, Yi und bei 750 nm, Fig. 11, Y₂ sowie des pH-Wertes, Fig. 11, Y₃. Eine Auftragung der Logarithmen der Extinktionen bei 680 und 750nm gegeneinander, Fig. 11, Y₄, zeigt auch hier, daß das Wachstum dosisabhängig bei 680nm stärker gehemmt wird als bei' 750 ηm. Das weist Substanz Y zunächst als einen vorrangigen Photosynthesehemmer aus. Aber ein Vergleich der Wachstumsbeeinflussungen mit der Beeinflussung des Stickstoffhaushaltes durch Substanz Y in Form von Auftragungen der Logarithmen der Extinktionen bei 680 nm, Fig. 11, Y₅ bzw. bei 750 nm, Fig. 11, Y₆, in Abhängigkeit vom pH-Wert der Suspensionen zeigt in beiden Wirkbildern, daß die wachstumsbedingte pH-Wert-Zunahme und damit der Stickstoffhaushalt mit zunehmender Dosis im ersten Wirksamkeitsabschnitt stärker gehemmt bzw. beeinflußt wird, als die Chlorophyllbildung oder das ZeI!wachstum. Gleichzeitig verdeutlicht Fig. 11, Y₅ vergleichsweise zu Fig. 11, Y₆, daßdiepH-Wertbeeinflussungneunddamitdie Störung des Stickstoffhaushaltes eine vergleichsweise stärkere Hemmung der Chlorophyllbildung nach sich zieht, wie die weiteren Verläufe der Graphen in Fig. 11, Y₅ zeigen. Damit kann Substanz Y als ein primärer Effektor des Stickstoffhaushaltes eingestuft werden.

Vergleicht man die Aussagen der Fign.9 bis 11 für die Substanzen U bis Y miteinander, so wird deutlich, daß gleichzeitige pH-Wertmessungen, die nur eine von mehreren möglichen lonenumsatzanalysen darstellt, neben Wachstums- und Gasumsatzanalysen in einem Arbeitsgang sehr differenzierte Aussagen hinsichtlich der Hauptwirkung und Charakterisierung der Wirkspezifik von Effektoren und damit eine sehr differenzierte Selektion solcher Effektoren ermöglichen. Besonders deutlich zeigen sich diesbezüglich relative Unterschiede bei den möglichen Korrelationen der Logarithmen der Extinktionen bei verschiedenen Wellenlängen wie 680 und 750nm, der Logarithmen der Konzentrationen oder Leistungen der photosynthetischen und respiratorischen Sauerstoff- und Kohlendioxidumsätze sowie der pH-Werte untereinander.

Beispiel 6:

Von der zu prüfenden Substanz Z werden in einem Autotrophtest die Beeinflussungen der optischen Eigenschaften bei 680 und 750 nm, der photosynthetischen Sauerstoffproduktion, des photosynthetischen Kohlendioxidverbrauchs und des pH-Wertes während des Wachstums von Chlorellasuspensionen und in einem Heterotrophtest die Beeinflussungen der optischen Eigenschaften bei 680 und 750nm und der respiratorischen Kohlendioxidproduktion untersucht. Hierzu werden frisch geschlüpfte Aplanosporen synchroner Kulturen einzelliger Grünalgen der Species Chlorella vulgarisvar. vulgaris,Stamm BÖHM und BORNS 1972/1 in eine anorganische Nährlösung N so überführt, daß im Autotrophtest jeder Kubikzentimeter der Suspension etwa sechs Millionen und im Heterotrophtest jeder Kubikzentimeter etwa zwölf Millionen Algenzellen enthält. 11 der Kultur-Nährlösung N setzt sich dabei aus den drei Teilnährlösungen Ni, N₂ und N₃ zusammen:

1 000ml N = 998cm³ N₁ + 1 cm³ N₂ + 1 cm³ N₃.

Für die Nährlösung N₁ werden zunächst die Stammlösungen 1 bis 4 durch Auffüllen der genannten Substanzmengen mit Aqua dest. hergestellt:

Stammlösung 1: 100g K NO₃/1 000cm³

Stammlösung 2: 25g Ca Cl₂ · 6H2O/I 000cm³

Stammlösung 3: 250g Mg SO₄ · 7H₂O/1 000cm³

Stammlösung 4: 160g K H₂PO₄/1 000cm³

Die Stammlösungen sind zu sterilisieren (Feuchtsterilisation) und kühl zu lagern. Aus je 5cm³ der Stammlösung 1, 0,5cm³ der Stammlösung 2,1 cm³ der Stammlösung 3 und 5cm³ der Stammlösung 4 werden durch Auffüllen mit destilliertem Wasser entweder 1 000cm³ bzw. bei Beachtung der entsprechenden Verhältnisse eine andere gewünschte Menge der Nährlösung Ni hergestellt.

Die Nährlösungen N₂ und N₃ enthalten in 1 000cm³ Lösung 61 mg H₃BO₃,169mg MnSO₄ · H₂O, 287mg Zn SO₄- 7H₂O, 2,5mg Cu SO₄ · 5H₂O und 12,4mg (NH₄I₂ Mo0₄ bzw. 6,9g FeSO₄ · 7H₂O und 9,3g Na-EDTA.

Je 80cm³ der so hergestellten Suspension werden in je eine Kulturröhre eingebracht, durch ein Gemisch aus gereinigter Luft und

2 Vol.-% Kohlendioxid begast und mit je 1 cm³ verschiedener konzentrierter wäßriger Lösungen der zu prüfenden Substanz Z beimpft oder als u η behandelte Kontrollen bei 37,5°C in der Autotroph Variante belichtet oder der Heterotroph Variante im Dunkeln belüftet, wobei Glukose als organische C-Quelle eingesetzt wird, so daß alle erforderlichen Voraussetzungen für die Photosynthese bzw. die Atmung gegeben sind.

Die Analysen der optischen Eigenschaften, der Sauerstoff- und Kohlendioxidumsätze und des pH-Wertes der Suspensionen erfolgen in diesen Fällen nach einer spezifischen Meßanordnung, die durch Kopplung von kommerziell erhältlichen Infrarot- und Paramagnet-Gasanaiysatoren eine gleichzeitige Bestimmung der Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentrationen des entwicklungsbedingten photosynthetischen bzw. respiratorischen Gaswechsels an 6 Meßplätzen im offenen Gasstrom sowie eine innere pH-Wertmessung und eine äußere Messung der optischen Eigenschaften bei 680 und 750nm ermöglicht. In definierter Zeitfolge werden von den Vergleichskulturen und den mit der Substanz Z behandelten Proben die optischen Eigenschaften, der Gaswechselumsatz und der pH-Wert der Suspensionen analysiert.

Die Ergebnisse der Analysen für den Autotrophtest sind der Fig. 12, Z₁ bis Z₅ zu entnehmen. Die Fig. 12, Z₁ enthält die dekadischen Logarithmen der Extinktionsmessungen bei 680nm für die unbehandelte Kontrolle Kund die mit abgestuft zunehmenden Konzentrationen der Substanz Z versetzten Proben 1, 2, 3 und 4, Fig. 12, Z₂ die entsprechenden Ergebnisse solcher Extinktionsmessungen bei 750nm. Während in Fig. 12, Zi bzw. Fig. 13, Zi erst nach einiger Zeit ein konzentrationsabhängiger Hemmeffekt nachweisbar ist, der bis zum Ende des Versuchs erhalten bleibt, übersteigen in Fig. 12, Z₂, bzw. Fig. 13, Z₂ die Extinktionsmessungen bei 750nm auch konzentrationsabhängig sogar den Kontrollwert, was auf eine Beeinflussung der Streueigenschaften der Zellen durch Substanz Z zurückzuführen sein dürfte. Nach etwa 4 Stunden stimmen die

Extinktionswerte behandelter und unbehandelter Proben wieder weitgehend überein. Erst danach erweisen sich die Proben 1 bis 4 auch bei dieser Wellenlänge als merklich gehemmt.

Deutlich zeigen sich die unterschiedlichen Beeinflussungen der optischen Eigenschaften bei 680 und 750 nm bei Korrelationen der dekadischen Logarithmen der Extinktionswerte zueinander wie in Fig. 14, Z₁₀ für Substanz Z zu erkennen ist bzw. bei Auftragungen der Q-Werte, Q = Έ680/Ε750, in Abhängigkeit von der Wirkdauer, Fig. 13, Z₆. Dieser Q-Wert ist im Falle der Substanz Z in Fig. 13, Z₆ bis zu 50% kleiner als z.B. der Q-Wert unbehandelter Chlorella-Kulturen. Daraus ergibt sich bei streng standardisierten Chlorella-Kulturen die Möglichkeit, die an behandelten Proben gemessenen Q-Werte mit standardisierten Werten zu vergleichen.

Ganz anders zeigen sich nach Auswertung der gleichzeitig durchgeführten Analysen der Sauerstoffproduktion, Fig. 12, Z₃ und des Kohlendioxidverbrauchs, Fig. 12, Z₄, die Beeinflussung des photosynthetischen Gaswechselumsatzes der Chlorella-Suspensionen durch Substanz Z, Fig. 13, Z₇, Z₈, Z₉, Fig. 14, Z₁₁.

Die Fig. 13, Z₇ zeigt eine Auftragung der dekadischen Logarithmen der Konzentration der photosynthetischen Sauerstoffproduktion für die unbehandelte Kontrolle K und die mit abgestuften Konzentrationen der Substanz Z versetzten Proben 1,2,3 und 4 in Abhängigkeit von der Wachstums- bzw. Einwirkzeit, Fig. 13, Z₈ die entsprechenden Ergebnisse für die Konzentrationsmessungen des Kohlendioxidverbrauchs. Beide Wirkbilder zeigen, daß die Konzentrationen 1 und 2 der Substanz Z auf beide Gaswechselumsätze einen ähnlichen Einfluß ausüben; sie hemmen die Gasumsätze dosiabhängig von Anfang an. Dagegen unterscheiden sich die Einflüsse der Dosen 3 und 4 in beiden Wirkbildern deutlich. Zunächst werden partiell beide Gaswechselprozesse durch die Dosen 3 und 4 in Abhängigkeit von der Konzentration gehemmt. Nach etwa einer Stunde beginnt die Sauerstoffproduktion besonders bei Dosis 4 zu stagnieren, um z. B. für Dosis 4 nach 4 bis 5 Stunden zu einem minimalen konstanten Wert abzusinken, Fig. 12 Z₃ bzw. Fig. 13, Z₇. Dagegen zeigen die entsprechenden Wirkkurven in Fig. 13, Z₈ bzw. Fig. 12, Z₄, daß der Kohlendioxidverbrauch nach der ersten Stunde stark abnimmt und nach 2V2 Stunden bei Dosis 3 in eine Kohlendioxidproduktion umschlägt. Während bei den Wirkbildern Fig. 13, Z₆ und Fig. 13, Zi₀ deutliche Unterschiede in den Beeinflussungen der optischen Eigenschaften der mit den Dosen 1 bis 4 der Substanz K behandelten Chlorella-Suspensionen gezeigt werden konnte, zeigen vergleichbare Auftragungen für die Gaswechselumsatz-Beeinflussungen, Fig. 13, Z₉, in Form einer Auftragung der Photosynthesequotienten, FQ = Co₂/cco₂/ als Funktionen der Einwirkzeit bzw. Fig. 14, Z₁₁ als Korrelation der dekadischen Logarithmen der Konzentrationen für die Sauerstoffproduktion und den Kohlendioxidverbrauch zueinander, daß die Graphen für die Dosen 1 und 2 nur gering von den Graphen für die Kontrolle K abweichen. Um so auffallender sind die abweichenden Verläufe der durch die Dosen 3 und 4 determinierten Graphen in Fig. 13, Z₉ und Fig. 14, Zn. Zusätzliche, weiterreichende Informationen über Verlauf und Beständigkeit der Wirkungsausprägung in Abhängigkeit von den Dosen der Effektoren erhält man durch Vergleiche der Ergebnisse der optischen Analyse mit denen der Gaswechselumsatz-Analyse. Die Fign. 14, Z12 bis Z15 illustrieren solche möglichen Vergleiche in Form von Austragungen der dekadischen Logarithmen der Extinktionen bei 680 oder 750 nm und der dekadischen Logarithmen der Konzentrationen der photosynthetischen Gasumsätze zueinander. Aus den Wirkbildern Fig. 14, Z₁₂ bis Z₁₅ sind drei dosisabhängige, unterschiedliche Wirkungsverläufe bzw. Mechanismen der Beeinflussung des fundamentalen Prozesses der Photosynthese von autotroph kultivierten Chlorella-Suspensionen durch Substanz Z zu erkennen. So zeigen alle vier Wirkbilder, daß die Dosis 1 beide Gaswechselumsätze stärker hemmt als daß durch die entsprechenden Ig Ε-Werte angezeigte Wachstum der Zellen, wobei die Wirkungsverläufe der Dosis 1 denen der Kontrollen ähnlich sind. Differenzierter ist der Einfluß der Dosis 2 auf Wachstum und Gaswechselumsatz der Chlorellasuspensionen. Auch hier werden aber in stärkerem Maße die Gasumsätze zunächst stärker als das Wachstum gehemmt. Während der Kohlendioxid verbrauch danach bei stark verminderter Wachstumszunahme bei 680 nm anhält, Fig. 14, Z₁₃ und Z₁₅, kommt die Sauerstoffproduktion mit dem Wachstum bei 680nm zum Stillstand, Fig. 14, Z₁₂ bzw. wird stärker gehemmt als im ersten Wirkabschnitt, Fig. 14, Z₁₄.

Die Dosen 3 und 4 führen zunächst zu ähnlichen Effekten wie die Dosen 1 und 2, danach sind beide Gaswechselumsätze rückläufig, und das Wachstum kommt zum Stillstand.

Aus den optischen- und Gaswechselumsatzanalysen der mit dem Effektor Z behandelten Chlorellasuspensionen kann geschlußfolgert werden, daß Substanz Z die Chlorellaphyllsynthese stärker hemmt als das allgemeine Zellwachstum, Fig. 13, Z₆ und Fig. 14, Zi₀. Gleichzeitig wird die Kohlendioxidproduktion stärker gehemmt als die Sauerstoffproduktion, Dosen 3 und 4 in Fig. 13, Z₇ und Z₉ bzw. Fig. 12, Z₃ und Z₄, wobei insgesamt verschiedene dosisabhängige Wirkmechanismen deutlich angezeigt werden, Fig. 14, Zi₂ bis Z₁₅.

Zu weiterreichenden Schlußfolgerungen gelangt man, wenn die Analysenergebnisse der pH-Wertbeeinflussungen, die proportional mit den Beeinflussungen des Stickstoff haushaltes der Zellen korrespondieren, in die vergleichenden Betrachtungen einbezogen werden. Die Fig. 12, Z₅ zeigt die Analysenergebnisse der wachstumsbedingten pH-Wertbeeinflussungen, die durch die Substanz Z determiniert sind. Auffällig ist hier neben der dosisabhängigen Verringerung der pH-Wertzunahmen, Fig. 12, Z₅, Graphen 2 bis 4, eine starke dosisabhängige Absenkung des Anfangs-pH-Wertes, die durch die Säure-Basen-Eigenschaften der Substanz Z bestimmt wird und eine zur Kontrolle vergleichsweise überhöhte pH-Wert Beeinflussung durch Dosis 1, Fig. 12, Z₅, Graph 1. Einen besseren Überblick dieses Sachverhaltes vermittelt das normierte Wirkbild Fig. 15, Z₁₆. Im Unterschied zu Fig. 12, Z₆ wurden die einzelnen pH-Zeit-Kurven parallel zur Zeitachse so angeoben, daß die Anfangs-pH-Werte aller Graphen mit dem der Kontrolle übereinstimmen.

Auftragungen der Ig Ε-Daten für 680 und 750nm in Abhängigkeit der entsprechenden pH-Werte zeigen für beide Wellenlängen weitgehend vergleichbare Kurven verlaufe der Ig E-pH-Kurven für die Kontrolle und substanzbehandelten Suspensionen, Fig. 15, Z₁₇ und Z₁₈. Die entsprechenden, normierten Wirkbilder Fig. 15, Ζ_Ί9 bzw. Z₂₀ zeigen, daß mit größer werdender Dosis die wachstumsbedingte pH-Wert-Zunahme vergleichsweise zu den optischen Eigenschaften zunehmend stärker gehemmt wird. Damit kann aus den gezeigten Analysenergebnissen für die Beeinflussung autotroph kultivierter Chlorellasuspensionen geschlußfolgert werden, daß der Effektor Z ein vorrangiger Hemmer des Stickstoffhaushaltes ist.

Die Ergebnisse der Analysen des Heterotrophtestes für die Substanz Z sind der Fig. 16 zu entnehmen. Die Fig. 16, Z₂₁ enthält wieder die dekadischen Logarithmen der Extinktionsmessungen bei 680nm für die unbehandelte Kontrolle K und die mit abgestuft zunehmenden Konzentrationen der Substanz Z versetzbaren Proben 1 bis 4 in Abhängigkeit von der Wachstums- bzw. Einwirkzeit und Fig. 16, Z₂₂ die entsprechenden Ergebnisse solcher Extinktionsmessungen bei 750 nm. Obwohl beide Wirkbilder prinzipiell ähnliche Wirkungsverläufe zeigen, bestehen doch größere Unterschiede im Zeitpunkt des Einsetzens, im Verlauf und in der Beständigkeit der Wirkungsausprägung in Abhängigkeit von der Dosis des Effektors. Diesbezügliche Unterschiede werden

durch Korrelationen der dekadischen Logarithmen der Extinktionswerte zueinander, Fig. 16, Z₂₆ bzw. durch Auftragungen der Q-Wertein Abhängigkeit von der Wirkdauer, Fig. 16, Z₂3 angezeigt. Die Fig. 16, Z₂* enthält eine Auftragung der Konzentrationen der respiratorischen Kohlendioxidproduktion in Abhängigkeit von der Wachstums- bzw. Einwirkzeit. Im Vergleich zur Beeinflussung der optischen Eigenschaften in Fig. 16, Z₂i und Z₂₂ sind hier größere Unterschiede im Zeitpunkt des Einsetzens, im Verlauf und in der Beständigkeit der Wirkungsausprägung der einzelnen Wirkkurven feststellbar. So hemmen alle 4 Konzentrationsstufen in Abhängigkeit von der Dosis von Anfang an die Kohlendioxidproduktion. Die Dosis 2 führt zu einer Totalhemmung und die Dosen 3 und 4 scheinen den Kohlendioxidproduktionsprozeß in einen Kohlendioxidverbrauchsprozeß umzukehren. Auch hier sind zusätzliche, weiterreichende Informationen zur Wirkspezifik der Substanz Z auf den komplexen Atmungsprozeß heterotropher Zellsuspensionen über Vergleiche der Analysenergebnisse der Beeinflussungen der optischen Eigenschaften und des Gaswechselumsatzes zugänglich.

So illustriert Fig. 16, Z₂₅ als Beispiel einen solchen Vergleich in Form einer Auftragung der dekadischen Logarithmen der Extinktionen bei 680nm zu den dekadischen Logarithmen der Konzentrationen der respiratorischen Kohlendioxidproduktion. Ihr ist zu entnehmen, daß bereits die Dosis 1 die Kohlendioxidproduktion stärker hemmt als das Wachstum bei 680 nm, wobei der Wirkungsverlauf für Dosis 1 dem der Kontrolle K ähnlich ist.

Der Graph für Dosis 2 veranschaulicht, soweit eine Auswertung möglich war, daß diese Dosis das Wachstum vergleichsweise zur Dosis 1 und zur Kohlendioxidproduktion stärker hemmt, also ein anderer Wirkmechanismus vorliegt.

Ein Vergleich der Beeinflussungen der optischen Eigenschaften und des Gaswechselumsatzes für beide unter vergleichbaren Bedingungen durchgeführten Testvarianten, dem Autotrophtest und dem Heterotrophtest, zeigt Fig. 17. Die Wirkbilder Fig. 17, Z₂₇ und Z₂₈, in denen die Logarithmen der Extinktionen und Fig. 17, Z₂₉ und Z₃₀, in denen die Logarithmen der Konzentration der Gaswechselumsätze beider Testvarianten gegeneinander aufgetragen wurden, veranschaulichen, daß der Effektor im Heterotrophtest einen stärkeren-Einfluß ausübt als im Autotrophtest. Damit tangiert er die Atmung stärker als die Photosynthese. Neben den in den Fign. 12 und 16 für die Substanz Z vorgestellten spezifischen Auswertungen der Analysenergebnisse die bereits eine differenziertere Beurteilung der Wirkeigenschaften des Effektors Z zulassen, sind weitere η qualitativ und quantitativ unterscheidbare Wirkungsverläufe, die durch entsprechende Dosen determiniert wurden, denkbar. Durch Vergleich solcher Wirkdaten bzw. von Wirkbildern von neu untersuchten Substanzen, die aus Analysen der optischen Eigenschaften, der Gaswechsel- und lonenumsätze in einem geschlossenen bzw. bei Nutzung beider Testvarianten in einem kombinierten Arbeitsgang resultieren, mit einer Wirkbildkartei oder mit Hilfe der elektronischen Datenverarbeitung mit Wirkdaten gut untersuchter Wirkstoffe erhält man konkrete Hinweise über ähnliche Wirkspezifik und damit über Anwendungsmöglichkeiten von Effektoren.

Claims (7)

1. Verfahren zur komplexen Charakterisierung der Wirkspezifik von Effektoren mittels Mikroalgensuspensionen, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Eigenschaften, der lonenumsatz und der photosynthetische bzw. respiratorische Kohlendioxid- und/oder Sauerstoff Umsatz substanzbehandelter autotropher bzw. heterotropher Mikroalgensuspensionen genutzt werden, um mittels substanzinitiierter Variation der optischen Eigenschaften, der lonenumsätze und photosynthetischen bzw. respiratorischen Kohlendioxid- und/oder Sauerstoffumsätze solcher Suspensionen die Effektoren in primäre, sekundäre oder neutrale Photosynthese- oder Atmungseffektoren sowie in Effektoren des Stickstoffhaushaltes selektieren und differenzieren und nach ihrer Wirkspezifik umfassend charakterisieren zu können.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als autotrophe und heterotrophe Zellsuspensionen alle suspendierbaren autotrophen und heterotrophen einzelligen Grünalgen verwendet werden können.

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Eigenschaften der Mikroalgensuspensionen mittels Spektralkolorimetrie, Spektralphotometrie oder Nephelometrie bei ein bzw. zwei bis η verschiedenen Wellenlängenbereichen oder ganzen Spektralbereichen im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich analysiert werden.

4. Verfahren nach Punkt 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffumsatz mittels Paramagnet-Gasanalysatoren, sauerstoffsensitiven Elektroden, Polarographie und anderen elektrochemischen Methoden, manometrischen Verfahren, der Winklermethode oder durch Kombination mehrerer dieser Methoden analysiert wird.

5. Verfahren nach Punkt 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlendioxidumsatz mittels Infrarot-Gasanalysatoren, ¹⁴C-Methode, photometrischer Methoden oderdurch Kombination dieser Methoden analysiert wird.

6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der lonenumsatz der Mikroalgensuspensionen mittels pH-Elektroden, nitratsensitiver Elektroden oder anderer ionensensitiver Elektroden, polarographischer Methoden oder anderen elektrochemischen Verfahren, kondukometrischer Methoden, spektralanalytischer Verfahren oder durch Kombination mehrerer dieser Methoden analysiert wird.

7. Verfahren nach Punkt 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Eigenschaften, der lonenumsatz und der Gaswechselumsatz der autotrophen oder heterotrophen Mikroalgensuspensionen in je einem Arbeitsgang kontinuierlich oder in definierter Zeitfolge parallel oder simultan analysiert werden.

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