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Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 1 Titel Pflanzenphysiologie Thomas Boller Frühjahrsemester 2010 Montag, 8 – 10 www.plantbiology.unibas.ch/teaching/pflanzenphysiologie/index.htm.

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1 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 1 Titel Pflanzenphysiologie Thomas Boller Frühjahrsemester 2010 Montag, 8 – 10 Dass ich erkenne, was die Welt Im innersten zusammenhält, Schau alle Wirkungskraft und Samen...

2 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 2 Ankündigung Exkursionen Programm der Feldstudien für die laufende Woche Mi Mo Di Sa

3 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 3 "Feuer und Eis": Ganztägige Exkursion ins Wallis

4 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 4 "Feuer und Eis": Ganztägige Exkursion ins Wallis

5 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 5 "Feuer und Eis": Ganztägige Exkursion ins Wallis Heute!

6 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 6 Frage der Woche: Können Bäume in den Himmel wachsen? Skript - p. 62

7 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 7 Frage der Woche: Zu den höchsten Bäumen gehören Eucalyptus (Eucalyptus regnans, Bild links oben: laut "Guiness Book of Records" bis zu 132 m hoch), Douglasie (Pseudotsuga menziesii, Bild links unten: laut "Guiness Book of Records" bis zu 126 m hoch) und Mammutbaum (Sequoia sempervirens, Bild rechts unten: laut "Guiness Book of Records" bis zu 132 m hoch). Was begrenzt das Höhenwachstum dieser Bäume? Frage der Woche Können Bäume in den Himmel wachsen? Skript - p. 62

8 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 8 Eucalyptus regnans (Australien) Eucalyptus regnans Skript - p. 62

9 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 9 Pseudotsuga menziesii (Douglasie, Nordamerika) Pseudozuga menziesii Skript - p. 62

10 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 10 Sequoia sempervirens (Mammutbaum, Nordamerika) Sequoia sempervirens Skript - p. 62

11 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 11 "Chandelier tree", Drive-Thru-Tree-Park, California Sequoia sempervirens Bild aus dem WWW Height: 315 ft. Diameter: 21 ft. Age: 2400 years

12 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 12 Nature, 22.April 04 "Headline" in der Wissenschafts-Zeitschrift NATURE Nature 428, (2004)

13 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 13 Stratospheric Giant Der "Stratospheric Giant", der höchste (?) Baum der Erde Im Jahr 2004 galt eine Sequoie namens "Stratospheric Giant" im Humboldt Redwoods State Park als der höchste Baum der Erde. Der "Stratospheric Giant" war damals m hoch. Im Jahr 2006 wurden im Redwood National Park drei noch höhere Bäume entdeckt. Der höchste davon, "Hyperion" genannt, war damals m hoch. Nature 428, (2004)

14 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 14 Variation physiologischer Parameter Höhenabhängige Variation physiologischer Parameter Koch et al., Nature 428, (2004) Nature 428, (2004)

15 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 15 Variation der Blätter Höhenabhängige Variation der Blattstruktur Koch et al., Nature 428, (2004) Nature 428, (2004)

16 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 16 Epiphytischer Baum Höhenabhängige Variation der Blattstruktur (2) Nature 428, (2004)

17 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 17 Limits to growth... "Limits to growth" - Grenzen des Wachstums für Bäume Nature 428, (2004)

18 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) Und sie bewegt sich doch! Eppur si muove... Blüte der Mimosa pudica Henri Matisse "Mimosa", 1949 Eppur si muove... Skript - p. 63

19 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 19 Pilobolus, Schema Sporangium, mit Sporen gefüllt Sporangienträger: unter Hochdruck! Abschuss-Vorrichtung von Pilobolus und Sphaerobolus Explosions- Bewegung Nicht im Skript

20 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 20 Das Experiment von Holly Jolivette (1910): Kann Pilobolus in Bildern sehen? Experiment von Holly Jolivette Skript - p. 12

21 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 21 Resultat des Experiments Skript - p. 12

22 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 22 Begriffe der Bewegungsphysiologie Explosionsbewegung (Sporen, Samen) Taxis: Topotaxis, Phobotaxis (Bakterien, Ciliaten) - positiv: auf den Reiz hin - negativ: vom Reiz weg Bewegungen von festsitzenden Pflanzen Tropismus: zielgerichtete Bewegung - positiv: auf den Reiz hin - negativ: vom Reiz weg Nastie: Bewegung mit vorgegebener Richtung Freie Ortsbewegung Skript – p. 63

23 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 23 Freie Ortsbewegung bei Einzellern Bakterien-Flagellum: Erfindung des Rades in der Natur Eukaryoten-Geissel: Fortbewegung mit Schwimmzügen Flagellum extrazellulär Baustein: Flagellin (= Protein ) Geissel "intrazellulär" (d.h. von Membran umgeben) Komplizierte Bauweise und Funktion Skript - p. 64

24 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 24 Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel (I) Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel: EM quer Plasma-MembranNeun periphere Doppel- Mikrotubuli Zwei zentrale Mikrotubuli Dynein-Arme = Antriebsmotor Radiale Speichen Skript - p nm

25 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 25 Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel (II) Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel: EM längs Basal-Körper Skript - p nm

26 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 26 Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel (III) Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel: Schema Bewegung nach dem Prinzip der "gleitenden Filamente" Skript - p. 64

27 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 27 Chemotaxis Topotaxis: gezielte Bewegung entlang von Gradienten Phobotaxis: Zickzack- Kurs, unterschiedliche Frequenz des Kurswechsels Taxis = freie Ortsbewegung, gesteuert durch die Richtung eines Umweltreizes Skript - p. 65

28 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 28 Lockstoff-Chemie: Braunalgen Gametenlockstoffe bei Braunalgen Hohe Spezifität und Sensitivität (Schwellenwert < M) Ungesättigte Kohlenwasserstoffe Skript - p. 65

29 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 29 Lockstoff-Chemie: Grünalgen, Pilze Gametenlockstoffe bei Grünalgen (B) und Pilzen (C) Hohe Spezifität und Sensitivität (Schwellenwert < M) Skript - p. 65

30 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 30 Phototaxis Positive Topotaxis "Stigma": Carotinoide Photorezeptor : Retinal Beschattungs-Prinzip: Richtungsänderung bei Beschattung des Photorezeptors Skript - p. 65

31 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 31 Magnetotaxis Orientierung im Magnetfeld mit Hilfe von "Magnetosomen" Skript - p. 65

32 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 32 Phototropismus: Farn-Chloronemen Phototropismus Skript - p. 66 Tropismus: zielgerichtete Bewegung! Zeit 0: Wechsel der Lichtrichtung! Nach 2 Tagen Scharfer Knick!

33 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 33 Wachstumsbewegungen: Tropismen Positiver Phototropismus Negativer Phototropismus Wachstumsbewegungen Skript - p.66 Wieso nicht so?

34 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 34 Phototropismus: Halbseiten-Beleuchtung Experiment: Lichteinfall senkrecht von oben Schnelleres Wachstum auf der "Schatten- Seite" Differentielles Flankenwachstum Natürliche Situation: Lichteinfall von linker Seite Beschattungspigmente Rezeptoren auf der "Lichtseite" stärker aktiviert als auf der "Schattenseite" Querverlagerung von Auxin: von "Lichtseite" auf "Schattenseite" Phototropismus Skript - p. 66

35 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 35 Typisches Wirkungsspekrum des Phototropismus Wachstumsbewegungen Maximale Wirkung: ~ 450 nm Blaulicht-Rezeptor! Skript - p. 66

36 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 36 Phototropismus: Querverlagerung von Auxin Agarblock: fängt diffundierendes Auxin auf Bioassay von F. Went: Koleoptil-Krümmungstest Seitlich aufgesetzter Agarblock Dekapitierte Koleoptile Krümmungswinkel = Mass für Auxin- Konzentration Diffusionsbarriere Auxin-Querverlagerung Phototropismus und Querverlagerung von Auxin Skript - p. 67

37 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 37 Phototropismus: Differentielles Flankenwachstum Phototropismus und Querverlagerung von Auxin Skript - p. 67 Auxin-Querverlagerung mehr Auxin weniger Auxin

38 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 38 Gravitropismus: Bau der Wurzel Gravitropismus der Wurzel: Wurzelhaube als Sensor Skript - p. 68 Wurzelhaube (Kalyptra)

39 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 39 Gravitropismus: Statocyten und Statolithen (I) Statocyten in der Wurzelhaube Wo wird der Reiz in der Wurzel wahrgenommen? Wie wird der Reiz wahrgenommen? Statolithen-Stärke ER = distales ER Reizwahrnehmung beruht auf Druck der Statolithen auf das distale ER Gravitropismus Skript - p. 68

40 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 40 Gravitropismus: Statocyten und Statolithen (II) Prinzip: Absinken der Statolithen- Stärke entlang des Schwerkraftvektors Symmetrische Verteilung des Drucks auf das "distale ER" Druck auf dER nimmt ab Druck auf dER nimmt zu Asymmetrische Verteilung des Drucks auf das "distale ER" Statocyten und Statholithen Skript - p. 69

41 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 41 Gravitropismus des Sprosses: Querverlagerung von Auxin Statocyten und Statholithen Skript - p. 69 Auxin-Querverlagerung Wichtig: basipetaler Transport von Auxin!

42 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 42 Gravitropismus: Differentielles Flankenwachstum Statocyten und Statholithen Skript - p. 69 mehr Auxin weniger Auxin

43 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 43 Beispiel für eine Turgor-Bewegung: Öffnung und Schliessung der Spaltöffnung Wenig gelöste Stoffe in der Vakuole (wenig negatives osmotisches Potential) Turgordruck gering Spaltöffnung geschlossen Viel gelöste Stoffe in der Vakuole (stark negatives osmotisches Potential) Turgordruck hoch Spaltöffnung offen Turgor-Bewegung: Spaltöffnung Skript - p. 70

44 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 44 Schliessung der Spaltöffnung: Bedeutung von ABA Kein Effekt von ABA auf Nebenzellen ABA bewirkt Absinken des osmotischen Potentials in den Schliesszellen Plasmolyse-Versuch ABA und Stomata Skript - p. 70

45 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 45 Öffnung der Spaltöffnung: Bedeutung von Kalium-Fluss Spaltöffnung geschlossenSpaltöffnung offen Wenig Kalium in Schliesszellen Viel Kalium in Schliesszellen Öffnung der Stomata Skript - p. 70

46 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 46 Schnelle Bewegung der Fiederblätter der Mimose Blattgelenk (Pulvinus): Leitelemente und Festigungsgewebe im Zentrum Dünnwandiges, dehnbares "Ziehharmonikagewebe" an der Peripherie Mimose: Anatomie Begriff "Nastie": Bewegung unabhängig von Reiz-Richtung. Hier: "Seismonastie" Skript - p. 71

47 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 47 Schnelle Bewegung der Fiederblätter der Mimose "Aktions-Potential" Mimose: Schnelle Bewegung Skript - p. 71 (ergibt Potentialdifferenz zwischen Phloem und Referenz-Elektrode)

48 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 48 Mimose: Aktionspotential Aktionspotential Ruhe-Potential (innen negativ) Depolarisierung Repolarisierung Öffnen von Ionenkanälen Nicht im Skript

49 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 49 Ranke Vitis Skript - p. 72 Schon Charles Darwin interessierte sich für die pflanzlichen Sinnesleistungen. Er stellte fest, dass Ranken von verschiedenen Pflanzen auf Berührungsreize mit einem Wollfaden zehn- bis hundertmal empfindlicher reagieren als menschliche Fingerkuppen. Wer kann Berührungen 100x empfindlicher wahrnehmen?

50 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 50 Ranke Vitis Ranke der Weinrebe Skript - p. 72

51 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 51 Ranke Bryonia Ranke der Zaunrübe Umkehrpunkt Skript - p. 72

52 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 52 Ranke Bryonia Ranke der Zaunrübe: Umkehrpunkt Skript - p. 72

53 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 53 Impatiens Skript - p. 73 Explosionsbewegung: Impatiens noli-tangere Frucht vor Samen-Abschuss Frucht nach Samen-Abschuss ca. 5 msec

54 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 54 Ecballium elaterium I Skript - p. 73 Explosionsbewegung: Ecballium elaterium Samen fliegen bis 12 m weit! ca. 100 msec

55 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 55 Ecballium elaterium II Skript - p. 73 Explosionsbewegung: Ecballium elaterium Sollbruchstelle Innen-Druck: ca. 15 bar!

56 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) und zum Dessert: Wieso regt sich die Mimose? Frage der Woche: Blattbewegungen der Mimose (Sinn- pflanze, Mimosa pudica) Es gibt auch im Pflanzenreich einige augenfällige Bewe- gungsvorgänge, etwa die schnelle Turgorbewegung der Blattgelenke der Mimose. Die Pflanze reagieren auf lokale Berührung oder Verletzung mit dem Zusammenklappen der Blattfiedern, wobei eine Reizleitung erfolgt. Was könnte die biologische Funktion dieser raschen Bewegung sein? Frage der Woche Skript - p. 74

57 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 57 Fiederblätter der Mimose vor der Berührung Skript - p. 74

58 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 58 Fiederblätter der Mimose nach der Berührung Skript - p. 74

59 Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 59 Mimosen-Population am natürlichen Standort Mimosen-Population in Kerala Skript - p.74 Frage der Woche: Was könnte die biologische Funktion der raschen Blatt-Bewegungun von Mimosa pudica sein? Was für "Fitness-Vorteile" hat die Mimose in ihrem Habitat, wenn sie ihre Fiederblättchen bei Berührung zusammenklappt?


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