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Pflanzenphysiologie 02 (8. März 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 02 (8. März 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 02 (8. März 2010) - 2 Internet: Teaching Feldstudien 2010: Events der Woche Fr, ganzer TagSa, Nachmittag Mi, Abend

3 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 3 Internet: Teaching Feldstudien 2010: Pflanzenbiologische Studien V

4 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 4 Internet: Teaching Feldstudien 2010: Pflanzenbiologische Studien V

5 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 5 Frage der Woche: Phycomyces und der siebte Sinn Phycomyces blakesleeanus, ein nie- derer Pilz, der in frischem Kompost wächst, strebt mit seinem Sporan- gium an die Oberfläche des Kompost- haufens: Er kann sich nach Licht, Schwerkraft und chemischen Reizen orientieren. Besonders interessant ist die sogenannte avoidance response (Berührungsscheu): Er kann einem in die Nähe gebrachten Gegenstand ausweichen, ohne ihn zu berühren, und dies auch in vollkommener Dunkelheit. Worauf basiert dieser "siebte Sinn"? Über welche Signale kann der Pilz das Hindernis wahrnehmen und die Berührung vermeiden? Frage der Woche: Phycomyces Skript, p. 12

6 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 6Skript, p. 13 Rückblenden - Zellbiologie

7 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 7 Rückblende 3: Beispiele von Zellen Zellen von Robert Hooke Skript, p. 15

8 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 8 Mikroskop von Robert Hooke Robert Hooke ( ) wurde bereits mit 27 Jahren in die Royal Society gewählt und war dort jahrzehntelang verantwortlich für die Planung und Vorbereitung der allwöchentlich vorzuführenden Experimente. Neben dem Mikroskop erfand Hooke auch die "Unruhe" der Uhr an Stelle des Pendels. Mägdefrau 1992; nicht im Skript

9 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 9 Matthias Schleiden Matthias Schleiden, der Begründer der Zellenlehre Mägdefrau 1992; nicht im Skript

10 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 10 Zellenlehre von Schleiden Matthias Schleiden: Die Zelle als "Individuum" «Jede höher ausgebildete Pflanze ist ein Aggregat von völlig individualisierten, in sich abgeschlossenen Einzelwesen, den Zellen. Jede Zelle führt nun ein zweifaches Leben: ein ganz selbständiges, nur ihrer eigenen Entwicklung angehöriges und ein anderes mittelbares, insofern sie ein integrierender Teil einer Pflanze geworden. Sowohl für die Pflanzenphysiologie wie für die vergleichende Physiologie im allgemeinen muß der Lebensprozeß der einzelnen Zellen die allererste, ganz unerläßliche Grundlage bilden.» Matthias Jacob Schleiden, «Beiträge zur Phytogenesis» (1838) Übrigens: Matthias Schleiden regte Carl Zeiss zur kommerziellen Produktion von Mikroskopen an und sagte: "Wer Botaniker oder Zoologe werden will ohne Mikroskop, ist mindestens ein eben so grosser Thor, als wer den Himmel beobachten will ohne Fernrohr." Mägdefrau 1992; nicht im Skript

11 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 11 Biographie von Matthias Schleiden 1804 geboren in Hamburg Studium der Jurisprudenz in Heidelberg 1826 Promotion zum Dr. jur., Anwalt in Hamburg 1831 Suizidversuch; Aufnahme des Medizin-Studiums Studium der Botanik in Berlin und Jena 1840 Berufung zum Botanik-Professor in Jena 1843 Erstmalige Durchführung eines "Physiologischen Praktikums" Politiker-Karriere während der Revolutionsjahre 1850 Berufung zum Ordinarius und Direktor des Botanischen Instituts in Jena 1862 Niederlegung der Botanikprofessur; in Diensten der russischen Grossfürstin Helene Paulowna in Dresden 1863 Berufung zum Professor der Anthropologie nach Dorpat Privatgelehrter in Dresden, Darmstadt, Wiesbaden 1881 gestorben in Frankfurt Mägdefrau 1992; nicht im Skript

12 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 12 Zellen-Quiz 1: Was zeigt dieses Bild? Objekt: Hefe (einzelliger Pilz) Technik: Elektronenmikroskopie (Gefrierätzung) Strich = 1 Mikrometer Dimension: 1 m Zellen-Quiz 1 - Hefezelle V = VakuoleZW = ZellwandZM = Zellmembran Skript, p. 15

13 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 13 Zellen-Quiz 2: Was zeigt dieses Bild? Objekt: Köpfchen eines Drüsen- haars Technik: Elektronenmikroskopie (kontrastierter Dünnschnitt) Strich = 10 Mikrometer Dimension: 10 m Zellen-Quiz 2 - Drüsenköpfchen ZellkernW = WandC = CuticulaSekret Skript, p. 15

14 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 14 Zellen-Quiz 3: Was zeigt dieses Bild? Objekt: Pollenkörner und Narben-Papillen Technik: Raster-Elektronen- mikroskopie Strich = 20 Mikrometer Dimension: 20 m Zellen-Quiz 3 - Pollenkörner Kontakt, Eindringen des Pollenschlauchs Skript, p. 15

15 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 15 Zellen-Quiz 4: Was zeigt dieses Bild? Objekt: Brennhaar der Brennnessel (Urtica dioica) Technik: Skizze nach lichtmikro- skopischer Beobachtung Strich = 0.5 mm Dimension: 0.5 mm Zellen-Quiz 4 - Brennhaar Sollbruchstelle Skript, p. 15

16 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 16 Zellen-Quiz 5: Was zeigt dieses Bild? Objekt: Cyanobacterium (Blaualge) Technik: Elektronenmikroskopie (kontrastierter Dünnschnitt) Strich = 0.5 m Dimension: 0.5 m Zellen-Quiz 5 - Blaualge zw = Zellwand th th = Thylakoid Skript, p. 15

17 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 17 Präbiotische und biotische Evolution Skript, p. 16

18 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 18 Hypothese zur Evolution der Organismen-Reiche Hypothesen zur Evolution der Organismen-Reiche Prokaryoten: 2 Reiche Eukaryoten: 4 Reiche Endosymbiose 1 >>> Mitochondrien Endosymbiose 2 >>> Chloroplasten Skript, p. 16

19 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 19Skript, p. 13 Rückblenden - Zellbiologie

20 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 20 Rückblende 4: Membranen Membranmodell, Singer und Nicolson hydrophil hydrophob Skript, p. 17

21 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 21 Membranen in der Elektronenmikroskopie (Gefrierbruch) Membranmodell, Singer und Nicolson Transmembran- protein 100 nm Skript, p. 17

22 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 22 Phosphatidylcholin - ein typisches Phospholipid Bau der Lipide amphipathisch Skript, p. 17

23 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 23 Kompartimentierung der Prokaryoten-Zelle Unkompartimentierte Bakterienzelle Zw = Zellwand CM = Zell- membran CP = Cytoplasma N = Kern-Äquivalent (o. Membran) Skript, p. 18 Durchmesser: ca. 1 m

24 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 24 Kompartimentierung der Pflanzenzelle (Eukaryoten-Zelle) Unkompartimentierte Bakterienzelle Skript, p. 18 ZellwandPlasmalemma(Pro-)PlastidVakuoleDictyosomZellkern Mitochondrien Durchmesser: ca. 10 m

25 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 25 Kompartimentierung der Pflanzenzelle (2) ZellwandPlasmalemma Plastiden Vakuolen Skript, p. 18 ZellkernDictyosom Mitochondrien

26 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 26Skript, p. 13 Rückblenden - Zellbiologie

27 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 27 Rückblende 5: Zellkern und Zellteilung - Mitose Mitose Unveränderte Weitergabe des Erbguts; klonale Vermehrung Skript, p. 19

28 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 28 Mitose "live" bei Haemanthus catherinae (Blutblume) Mitose nicht im Skript

29 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 29 Mitose "live": Zellteilung im Haemanthus-Endosperm Mitose nicht im Skript

30 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 30 Meiose (Reduktionsteilung, "R!") Meiose 2n = 6 Chromosomen 1n = 3 Chromosomen Crossing over: Austausch von Chromosomen- stücken Durchmischung des Erbguts; Vorbereitung für die sexuelle Vermehrung Skript, p. 19

31 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 31 Vergrösserung der Vakuole als Wachsumsmotor Vergrösserung der Vakuole als Wachstumsmotor Wasser als "Baustoff" Pflanzen bestehen oft zu >95% aus Wasser! Skript, p. 20

32 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 32 Vergrösserung der Vakuole als Wachsumsmotor Vakuole Vakuolensaft Tonoplast Cytoplasma Plasmalemma Zellwand Skript, p. 20 osmotische Wasseraufnahme turgorgetriebenes Wachstum

33 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 33 Bildung der neuen Zellwand Bildung einer neuen Zellwand Phragmoplast Skript, p. 20

34 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 34 Bau der primären Zellwand Vernetzung der Cellulose-Mikrofibrillen durch Hemicellulosen, Pectine und Strukturproteine Hemicellulose (Xyloglucan) Rhamnogalacturonan Pektin Skript, p. 21 Calcium-Brücken

35 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 35 Cellulose-Synthese am Plasmalemma Rosettenförmige Cellulosesynthase-Komplexe in regelmässiger Anordnung Skript, p m

36 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 36 Lignin: Bausteine Skript, p. 21 Phenylpropan-Derivate Phenol Propanol

37 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 37 Lignin: Struktur Dreidimensionales Polymer: "Beton" Cellulose + Lignin = "Stahlbeton" Skript, p. 22

38 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 38 Wasserpotential Das Wasserpotential W = M + + P Skript, p. 22

39 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 39 Wasserpotential Das Wasserpotential W = M + + P = s + P W = - + P osmotischer DruckTurgor-Druck Skript, p. 22

40 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 40 Die Pfeffersche Zelle, ein Osmometer Pfeffersche Zelle Skript, p. 22

41 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 41 Wilhelm Pfeffer, der erste Pflanzenphysiologe Wilhelm Pfeffer Mägdefrau 1992; nicht im Skript

42 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 42 Biographie von Wilhelm Pfeffer 1845 geboren in Grebenstein bei Kassel Lehrling in der Apotheke des Vaters Studium der Chemie und Physik in Göttingen 1865 Promotion zum Doktor der Chemie Apotheker-Gehilfe in Chur; Studien zu den Laubmoosen Graubündens Studien in Berlin und Marburg; Extraordinarius in Bonn Ordinarius für Botanik in Basel Ordinarius für Botanik in Tübingen Ordinarius für Botanik in Leipzig 1891 "Handbuch der Pflanzenphysiologie" veröffentlicht 1920 gestorben in Leipzig Das Leipziger Institut wurde durch W. Pfeffer zu einem Mekka der Pflanzenphysiologie. Viele junge Botaniker kamen erst nach ihrer Promotion hierher, um unter Pfeffer's Anleitung eine Forschungsarbeit durchzuführen. Die 1915 zu seinem 70. Geburtstag erschienene Fest- schrift nennt 260 Schüler aus allen Kulturländern der Erde, von denen etwa 100 später als Hochschullehrer inm In- und Ausland wirkten. Mägdefrau 1992; nicht im Skript

43 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 43 Die Pfeffersche Zelle, ein Osmometer Pfeffersche Zelle = bar 100 mM Saccharose = 34 g pro Liter >>> P = 2.4 bar Steighöhe 24 m !! Skript, p. 22

44 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 44 Vergrösserung der Vakuole als Wachsumsmotor Vakuole Vakuolensaft Tonoplast Cytoplasma Plasmalemma Zellwand Skript, p. 20 osmotische Wasseraufnahme turgorgetriebenes Wachstum Aufnahme von Ionen (K +, NO 3 - etc.)

45 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 45 Plasmolyse Grenzplasmolyse aussen Wasseraussen 0.5 M Zucker Plasmolyse W = 0 P = 11 bar: Turgordruck = - 11 bar aussen 1.0 M Zucker W = -11 bar W = -22 bar Turgeszenz Vakuole: 0.5 M gelöste Stoffe = - 22 bar Vakuole: 1.0 M gelöste Stoffe = - 11 bar P = 0 bar Skript, p. 23

46 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 46 Boden-Pflanze-Atmosphäre Boden-Pflanzen-Atmosphären-Kontinuum Skript, p. 23 Wasser fliesst entlang des Ge- fälles von durch die Pflanze! Schlüsselstelle: Blatt - Atmosphäre Regulierbarer Widerstand (Stomata)

47 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 47 Boden-Pflanze-Atmosphäre Boden-Pflanzen-Atmosphären-Kontinuum (2) Analogie zum Stromkreislauf Wasserfluss: Triebkraft = Gefälle von W ! Regulierbarer "Widerstand": Spaltöffnungen! 50% Luftfeuchtigkeit -940 bar!! Skript, p. 23

48 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 48 Frage der Woche: Aquaporin in Pflanzen Wieso platzen unbehandelte Oocyten nicht, und wieso platzen die behandelten Oocyten? Frage der Woche: Aquaporin Skript, p. 24 Wie passt das zur Theorie der Osmose und der semipermeablen Membranen?

49 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 49 Expression von mRNA in Xenopus-Oocyten Expression von mRNA in Xenopus-Oocyten (1) Skript, p. 24 Lebenszyklus von Xenopus

50 Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 50 Expression von mRNA in Xenopus-Oocyten Expression von mRNA in Xenopus-Oocyten (2) Skript, p. 24 Entnahme von Oocyten Herstellung einer mRNA in vitro Mikro- Injektion Analyse der elektrophysiologischen Eigenschaften des Plasmalemmas "Patch Clamp" "Whole Cell"


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