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Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 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 08 (03. Mai 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 08 (03. Mai 2010) - 2 Ankündigung Exkursionen Programm der Feldstudien für die nächste Woche Di Mi

3 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 3 Pflanzenphysiologische Exkursion VIII: Gesund und krank

4 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 4 Pflanzenphysiologische Exkursion VIII: Gesund und krank

5 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 5 Frage der Woche: Wieso wird der Senf rot? Frage der Woche: Anthocyan-Akkumulation bei der Photomorphogenese Eines der bestuntersuchten Phänomene bei der Photo- morphogenese des Senfkeimlings ist die Akkumulation von Anthocyan, einem rotvioletten Farbstoff, in den Vakuolen der Subepidermis. Wie sieht die Kausalkette zwischen Licht und Anthocyan-Akkumulation aus? Was könnte die biologische Funktion der Anthocyan-Akkumulation sein? Wieso wird der Senf rot? Skript - p. 75

6 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 6 En Guete!

7 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) Das Alte stürzt, es ändert sich die Zeit Das Alte stürzt, es ändert sich die Zeit, Und neues Leben blüht aus den Ruinen. (Friedrich Schiller, Wilhelm Tell, 4. Akt) Das Alte stürzt, es ändert sich die Zeit Skript - p. 85

8 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 8 Das Alte stürzt, es ändert sich die Zeit Blütenbildung, ein Paradebeispiel für eine "Revolution" in der Entwicklungsbiologie der Pflanzen Das apikale Meristem bildet normalerweise Blatt-Anlagen, kann jedoch nach geeigneter Stimulation (= "Revolution") Blütenorgane bilden! Blütenbildung als Paradebeispiel Skript - p. 85

9 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 9 Entwicklung der Blüte 1. Ring: Sepalen (Kelchblätter), wegpräpariert 2. Ring: Petalen (Kronblätter) 3. Ring: Stamina (Staubblätter) 4. Ring: Carpelle (Fruchtblätter) 3a 3b Umsteuerung des Apikalmeristems Entwicklung der Blüte Skript - p. 86

10 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 10 Blütenphänotypen von homöotischen Mutanten Skript - p. 86

11 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 11 Blütenphänotypen : apetala-2 Keine Kronblätter Blätter / Fruchtblätter statt Kelchblätter Apetala-2 Skript - p. 86

12 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 12 Blütenphänotypen: apetala-3 Kelchblätter statt Kronblätter Kelchblätter normal Frucht- statt Staubblätter Apetala-3 Skript - p. 86

13 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 13 Blütenphänotypen: agamous Kelch- und Kronblätter statt Staub- und Fruchtblätter Agamous Skript - p. 86

14 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 14 Blütenphänotypen: Dreifachmutante Blätter statt Blütenorgane Dreifach-Mutante Skript - p. 86

15 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 15 Das ABC-Modell Drei Gene bestimmen vier Identitäten! ABC-Modell Skript - p. 86

16 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 16 Blütenphänotypen von homöotischen Mutanten AA BB CC aa BB CC AA bb CC AA BB cc aa bb cc Genetische Erklärung der Blütenphänotypen Skript - p. 86

17 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 17 Entwicklung des "männlichen" Gametophyten: Anthere (1) Meiose (R!) Entwicklung des "männlichen" Gametophyten: Anthere - 1 Skript - p. 87

18 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 18 Entwicklung des "männlichen" Gametophyten: Anthere (2) Pollen: haploide Gametophyten (genetisch unterschiedlich!) Anthere: diploider Sporophyt ("Mutterpflanze") Entwicklung des "männlichen" Gametophyten: Anthere - 2 Skript - p. 87

19 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 19 Entwicklung des "männlichen" Gametophyten: Pollen Generative Zelle (mit Zellwand!), teilt sich später Generative Zelle teilt sich bereits bei Pollenreifung in zwei Spermazellen Lilium (Liliaceae) Silphium (Asteraceae) Vegetative Zelle Entwicklung des "männlichen" Gametophyten: Pollen Skript - p. 87

20 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 20 Pollenkeimung Entwicklung des "männlichen" Gametophyten: Pollenkeimung Skript - p. 87

21 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 21 Entwicklung des "weiblichen" Gametophyten Skript - p. 88

22 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 22 Embryosack-Entwicklung (1) Megasporenmutterzelle: Meiose (R!) Embryosack-Entwicklung (1) Skript - p. 94

23 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 23 Embryosack-Entwicklung (1) Embryosack-Entwicklung (2) Skript - p. 94

24 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 24 Embryosack-Entwicklung (1, Schema) Megasporenmutterzelle: Meiose (R!) Skript - p. 88

25 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 25 Embryosack-Entwicklung (2) Skript - p. 88

26 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 26 Embryosack-Entwicklung (2, Schema) Gametophyt (8-kerniger Embryosack) Sporophyt ("Mutterpflanze") Embryosack-Entwicklung (2, Schema Skript - p. 88

27 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 27 Doppelte Befruchtung Kern der Eizelle 2 Polkerne verschmelzen >> sekundärer Embryosackkern Sperma-Kern 1 (1n) Sperma-Kern 2 (1n) Zygote >> Embryo (2n) >> Endosperm (3n) Doppelte Befruchtung Skript - p. 89

28 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 28 Samenbildung und Samenkeimung Gametophyten (1n) Sporophyt (2n) Embryogenese [+ Endosperm (3n)!] Samenbildung und Samenkeimung Skript - p. 89

29 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 29 Reifung von Früchten Typische Reifestadien Mature Green Breaker Orange Red rin-Mutante reift nicht! rin-Mutante ist "vivipar"! Atmung: sog. "Klimakterium" Atmung: kein "Klimakterium" CO 2 -Bildung Ethylen Bildung Ethylen Bildung Reifung von Früchten Skript - p. 90

30 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 30 Ethylen-Biosynthese Amino-Cyclopropan- Carbonsäure 1978 von Shang-Fa Yang als Ethylen- Vorläufer erkannt 1979 von Boller und Kende entdeckt 1989 von Spanu und Boller entdeckt C 2 H 4 = Hormon! !!!! Aktivierte Form von Methionin (hauptsächlich Donor von Methylgruppen) Ethylen-Biosynthese Skript - p. 90

31 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 31 Reifung von Früchten / Manipulation der Ethylen-Bildung Gentechnische Möglichkeiten zur gezielten Reduktion der Ethylen- Bildung Blockierung mit Antisense-Technik Expression einer bakteriellen ACC-deaminase Blockierung mit dominant negativer Mutante Reifung von Früchten Skript - p. 90

32 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 32 ACC-Synthase-"Antisense"-Tomaten ACC-Synthase-Antisense-Tomaten Skript - p. 91

33 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 33 ACC-Synthase-"Antisense"-Tomaten Titelbild Science (nicht im Skript)

34 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 34 ACC-Synthase-"Antisense"-Tomaten – Fig. 1a Sogenannte "Antisense-Konstruktion" 35S-PromotorNOS-TerminatorZur ACC-Synthase-mRNA komplementäre Sequenz Science - Fig. 1a Skript - p. 91

35 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 35 ACC-Synthase-"Antisense"-Tomaten – Fig. 1b Sogenannter "Southern Blot" (DNA-DNA-Hybridisierung) Wildtyp Transformanten 1) Auftrennung von DNA-Fragmenten mittels Elektrophorese 2) "Blotting" auf Membran 3) Hybridisierung mit 32P-markierter DNA 4) Autoradiogramm Bande des Wildtyp-Gens Bande des Antisense- Konstrukts Science - Fig. 1b Skript - p. 91

36 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 36 ACC-Synthase-"Antisense"-Tomaten – Fig. 2 Keine "autokatalytische Induktion" der Ethylen- Synthese mit Propylen "Autokatalytische Induktion" der Ethylen-Synthese mit Propylen Ethylen (oder Propylen) induziert eine "klimakterische" Respiration! Science - Fig. 2 Skript - p. 92

37 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 37 ACC-Synthase-"Antisense"-Tomaten – Fig. 3 Science - Fig. 3 Skript - p. 92

38 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 38 ACC-Synthase-"Antisense"-Tomaten – Fig. 4 Sogenannter "northern blot" (DNA-RNA-Hybridisierung) Wildtyp "Antisense" Science - Fig. 4 Skript - p. 92 ACCS2 "sense" Transkript ACCS "antisense" Transkript ACCS4 "sense" Transkript TOM13 Transkript Polygalacturonase Transkript

39 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 39 Alterung von einzelnen Zellen: Programmierter Zelltod Seneszenz-Typen Paradebeispiel I: Aerenchym-Bildung Skript - p. 93

40 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 40 Paradebeispiel I: Aerenchym-Bildung Seneszenz-Typen Wurzeln eines Mais- Keimlings bei 20% O 2 Wurzeln eines Mais- Keimlings bei 4% O 2 Skript - p. 93

41 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 41 Paradebeispiel II: Trennschicht beim Blattfall Seneszenz-Typen Sog. "Abscissionszone" (engl. abscission zone) Skript - p. 93

42 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 42 Alterung von Blättern: Seneszenztypen Seneszenz-Typen Skript - p. 93

43 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 43 Physiologie der Abscission Auxin "von oben" hemmt Abscission Auxin "von unten" fördert Abscission Abscission (2) Skript - p. 94 Kontrolle (Wasseragar)

44 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 44 Blütenwelke: Morphologie Blütenwelke (1) Skript - p :00-15:0016:0018:0020:0024:00

45 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 45 Blütenwelke: Biochemie und Physiologie Synchroner Abbau von Protein und DNA Proteinase: "konstitutiv" DNase: induziert Blütenwelke (2) Skript - p. 94

46 Pflanzenphysiologie 08 (03. Mai 2010) - 46 Frage der Woche: Es ist interessant, dass sich die Blätter von Laub- bäumen vor dem Blattfall verfärben. Was könnte die biologische Bedeutung der Herbstfärbung sein?... und zum Dessert: Wieso werden die Wälder im Herbst bunt? Frage der Woche: Herbstfärbung (mit Text) Skript - p. 85


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