Planta (Berl.) 85, 250--269 (1969)

Polarographische Messung der Nitritreduktion von Chlorella im monochromatischen Licht H~,lW~ICH STI~OTMANNu n d AUGUST R]:~ED Botanisches Institut der Universit~t Frankfurt a. M. Eingegangen am 2. Januar 1969

Polarographic Measurement o/Nitrite Reduction by Chlorella in Monochromatic Light Summary. In green plant cells nitrite is reduced by two systems, one dependent on photosynthesis and the other upon respiration. Using a polarographie method for continuous measurement of nitrite uptake, the relationship between light driven and respiration linked nitrite reduction of Chlorellacells was studied. Photosynthetic nitrite reduction is characterized by a pronounced increase in the velocity of nitrite uptake upon illumination. After the light is turned off the velocity immediately returns to the preillumination value. Photosynthetic nitrite reduction of Chlorella is separated from respiration linked nitrite reduction by illumination with red light under anaerobic conditions; it is stimulated by CO2 and is inhibited by DCMU, findings which confirm earlier observations. In white light a special blue light stimulation of nitrite uptake is overlapped by photosynthetic nitrite reduction. In contrast to photosynthetic nitrite reduction this type of light stimulation is characterized by a lag period of about 1 min from the onset of illumination; it continues about 10 min when the light is turned off. It is separated from photosynthetic nitrite reduction by irradiation of the algae with low intensities of short wavelength light (< 500 nm). Blue light stimulation of nitrite uptake of Chlorellais strongly dependent on the developmental stage of the cells. I t is observed with young cells (autospores) of synchronized algae only. There is no evidence for any connection between blue light stimulation of nitrite uptake and photosynthesis. From the sensitivity of this process towards anaerobic conditions and antimyein A it is concluded to be a stimulation of respiration linked nitrite reduction. Under conditions of low exogenous nitrite concentration a temporary inhibition of steady state dark nitrite reduction appears immediately after the light is turned off. From several observations it is concluded that the inhibition already exists during the preceding illumination and decreases the rate of total nitrite uptake in the light. This process is suppressed by inhibition of respiration as well as by the inhibitor of photosynthesis, DCMU. If nitrate is the source of nitrogen an excretion of nitrite is found following illumination. The kinetics of this process agree with those observed for the light induced inhibition of steady state dark nitrite reduction immediately after illumination. Einleitung Die A s s i m i l a t i o n d e r o x y d i e r t e n a n o rg an i sch en S t i ck st o f f v er b i n d u n g e n N i t r a t u n d N i t r i t e r f o r d e r t a) die R e d u k t i o n des Stiekstoffs bis zur O x y d a t i o n s s t u f e des A m m o n i u m s u n d b) d en E i n b a u des r e d u z i e r t e n

Nitritreduktion yon ChlorelIaim monochromatischen Licht

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Stiekstoffs in organisehe Verbindungen. Da Nitrit frei auftretendes Zwisehenprodukt der Nitratassimilation ist (vgl. KESSLER, 1964), kann mit Sieherheit angenommen werden, dab yon der Stufe des Nitrits ab sich die Wege der Nitrat- und Nitritassimilation nieht voneinander unterscheiden. Photoautotrophs Pflanzen vermSgen Nitrat und Nitrit sowohl respiratoriseh als auch photosynthetisch zu assimiheren (WAI~BU~G und N]~GELEI~, 1920; CRAMERund M Y ~ s , 1948; VAN NIEL et al., 1953; KnSSLE~, 1953, 1955, 1957; VOSKRES~E~SKAYA und G~ISHI~A, 1962; HAT~O~I, 1962 u. a.). Dabei werden jewefls die Reduktionsi~quivalente und die organisehen Acceptorverbindungen entweder aus Atmungsprozessen oder aus der Photosynthese bereitgestellt. Ffir die Nitratbzw. Nitritassimflatisn im Licht kann deswegen sin Khnlieh komplizierter Regulationsmeehanismus vermute$ werden, wie ffir den Zusammenhang zwisehen Photosynthese und Atmung angenommen wird (KANDLER und I-IABERER-LIEsE:bTKSTT:ER, 1963; HE~E~ et al., 1964; RIND, 1965, 1968). Zur Aufkl~rung der Beziehungen zwischen respiratoriseher undphotosynthetischer Stickstoffassimilation aus oxydierten anorganischen Stickstoffverbindungen bedienen wit uns der Messung yon Ubergangsph~nomenen bei der Nitritaufnahme yon Chlorella, vor allem beim LiehtDunkel-Wechsel. I n Abwesenheit anderer N-Quellen scheint die Nitritaufnahme sin reales MaB ffir die Fixierung anorganischen Stickstoffs in organische Verbindungen zu sein; zwischen Nitritaufnahme und Bildung yon organischen Stickstoffverbindungen besteht eine exakt quantitative Beziehung (STROTh~A:b~:N,1967 b). Es gibt eine Reihe yon ttinweisen dafiir, dal~ in der lebenden Zelle die Reduktion des Nitrits in engem Zusammenhang mit der Aminos~uresynthese effolgt (V~KL~OV~ et al., 1960; CZYGA~, 1965; STROT~A~, 1967b). Die Messung schnell ablau~ender ()bergangseffekte bei der Nitritaufnahme yon Chlorella ist mSg]ich durch die Anwendung einer neu entwickelten polarographischen Nitritbestimmungsmethode. Methodik

1. Polarographische Nitritbestimmung Grundlage fiir die hier angewendete )/Iethode der Nitritmessung war die Beobachtung, dab Nitrit bei positiven Potentialen an der Platinelektrode eine polarographische Stromstufe erzeugt (Abb. 1). Bei Spannungen zwischen ~-0,7 und ~1,2 V wird durch die anodische Oxydation yon Nitrit an der Platinelektrode ein Diffusionsstrom hervorgerufen. Die Nitritstufe liegt an der Grenze des polarographisch nutzbaren 1V~eBbereichsder Platinelektrode, der im Anodischen durch die Wasseroxydation gegeben ist. Bei hSheren H+-Konzentrationen (pH