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Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 1 Titel Pflanzenphysiologie Heute: Vreni Wiemken Frühjahrsemester 2010 Montag, 8 – 10 www.plantbiology.unibas.ch/teaching/pflanzenphysiologie/index.htm.

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1 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 1 Titel Pflanzenphysiologie Heute: Vreni Wiemken Frühjahrsemester 2010 Montag, 8 – 10 Dass ich erkenne, was die Welt Im innersten zusammenhält, Schau alle Wirkungskraft und Samen...

2 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 2 Ankündigung Exkursionen Programm der Feldstudien für die nächsten drei Wochen Mi Do

3 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) Juni 2010: Ganztägige Exkursion zu den Murgseen

4 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) Juli 2010: Ganztägige Exkursion zu den Murgseen

5 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) Symbiose als Lebensprinzip Symbiose als Lebensprinzip Skript - p. 103

6 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 6 Beispiele von Pflanzen-Symbiosen Beispiele von Symbiosen Skript - p. 104 Übersicht aus der Vorlesung "Pflanzliche Symbiosen". Hier werden einige Beispiele präsentiert.

7 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 7 Pflanzen-Bakterien-Symbiosen Knöllchen- Symbiose: Fabaceen und Rhizobium Wurzelhals- Gallen: Agrobacterium Nicht bekannt Pflanzen-Bakterien-Symbiosen ausgefüllt Skript - p. 104

8 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 8 Mutualistische Symbiosen Bakterien-Pflanzen: Beispiel Knöllchen-Symbiose (Rhizobien-Fabaceen) Knöllchen-Symbiose Bilder aus dem Internet Wurzelknöllchen: enthält Bakterien Photosynthese- Produkte der Pflanze Fixierter Stickstoff des Bakteriums Fair trade

9 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 9 Rhizobien-Leguminosen-Symbiose Knöllchen-Symbiose zwischen Rhizobium und Fabaceen Crosstalk 1: Pflanze produziert Flavonoide Crosstalk 2: Bakterium produziert Nod-Faktoren Flavonoid Nod-Faktor Entwicklung des Knöllchens Infektions- schlauch Stickstoff-Fixierung im Symbiosom Skript - p. 105

10 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 10 Crosstalk 1: Flavonoide Skript - p. 105 Bei Stickstoffmangel scheidet die Wurzel Flavonoide in die "Rhizosphäre" aus Flavonoid

11 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 11 Crosstalk 1: Wirkung der Flavonoide Skript - p. 105 Flavonoide locken die Rhizobien an (Chemotaxis) Flavonoide induzieren die nod-Gene: Biosynthese der Nod-Faktoren Bakterien werden an der Wurzelhaarspitze angeheftet (durch pflanzliche Lectine)

12 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 12 Skript - p. 105 Crosstalk 2: Nod-Faktoren Nod-Faktor Rückgrat: Chitin-Bruchstück (4x oder 5x N-Acetylglucosamin) Obligatorische Dekoration: Fettsäure Fakultative Dekoration: Sulfat, Fucose, Arabinose etc. Synthese: Nod-Gene(NodABC) Synthese: Nod-Gene(NodEFG...) Synthese: Nod-Gene(NodHK...YZ)

13 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 13 Infektionsschlauch, Bildung von Symbiosomen Crosstalk 2: Wirkung der Nod-Faktoren Nod-Faktoren führen zu Hakenbildung des Wurzelhaars Nod-Faktoren führen zu Zellteilung in der Wurzel-Cortex Bakterien werden in "Symbiosomen" entlassen Bakterien dringen durch "Infektionsschlauch" ein Bakterien differenzieren sich in Bakteroide; N 2 -Fixation beginnt Skript - p. 105

14 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 14 Symbiosomen und Bakteroide Peribakteroid-Membran = Pflanzen-Membran! Bakteroid-Membran = Bakterien-Membran! Assimilate fix. N (NH 4 +) Skript - p. 105 Austausch vermittelt über zwei Membranen!

15 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 15 Metabolismus im Symbiosom Metabolismus im Symbiosom - Übersicht Assimilate: als Malat geliefert! Nitrogenase Leg-Hämoglobin: Sauerstoff-Schutz, Sauerstoff-Transport Skript - p. 106

16 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 16 Nitrogenase (I) Nitrogenase Skript - p Enzym sauerstoffempfindlich! Enzymkomplex aus Eisen-Protein und Eisen-Molybdän-Protein - grosser Energie-Aufwand! C2H2C2H2 C2H4C2H4

17 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 17 Antagonistische Symbiose Bakterien-Pflanzen: Agrobacterium tumefaciens (Erreger der Wurzelhalsgalle) Bilder aus Schopfer/Brennicke, 1999 Agrobacterium tumefaciens Wurzelhalsgalle: enthält Bakterien Einbahnverkehr: Pflanze liefert Photosynthese- produkte und Stickstoff! Ausbeutung

18 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 18 Pflanzen-Pilz-Symbiosen Mykorrhiza- Symbiose Mehltau, Rost Nestwurz, Neottia nidus-avis (Mykotrophe Pflanzen) Pflanzen-Pilze ausgefüllt Skript - p. 104

19 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 19 Mutualistische Symbiosen - Ektomykorrhiza Lehrbuch-Ansicht eines jungen Baumes Bild aus Strasburger, 1999 Lehrbuch-Ansicht eines jungen Baumes

20 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 20 Naturgetreue Ansicht eines jungen Baumes Bild: Titelseite von "Plant Cell and Environment", Mai 2001 Naturgetreue Ansicht eines jungen Baumes (I)

21 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 21 Mutualistische Symbiosen: Beispiel Ektomycorrhiza Bilder der Ektomykorrhiza Ektomykorrhiza Hyphenmantel Hartig'sches Netz Skript - p. 107

22 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 22 Frage der Woche Skript - p. 108 Mycorrhiza: Austausch von Zuckern und Mineralstoffen Kohlehydrate (Zucker) Mineral-l- Nährstoffe, Wasser Mantel Hartig'sches Netz Extraradikales Mycel Fair trade

23 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 23 Ektomykorrhiza - kulinarisch Bilder aus dem Internet Ektomykorrhiza kulinarisch

24 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 24 Ektomykorrhiza und das Wood-Wide Web Bild von der Webpage des Botanischen Instituts der Universität Basel Wood-Wide Web

25 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 25 Mutualistische Symbiosen III: Mykorrhiza Schema der Endomykorrhiza Endomykorrhiza Wichtig: Arbuskeln liegen nicht einfach im Cytoplasma, sondern sind von einer Pflanzenmembran umgeben (periarbuskuläre Membran) Skript - p. 107 Photosynthese- Produkte der Pflanze Mineralnährstoffe des Pilzes Fair trade Hyphe Arbuskel Vesikel

26 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 26 Blumeria graminis (Getreidemehltau), ein Mehltaupilz Aus dem WWW Erysiphe graminis Einbahnverkehr: Pflanze liefert Photosynthese- produkte und Mineralnährstoffe! Ausbeutung

27 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 27 Neottia nidus-avis (Nestwurz): Mykoheterotrophie, die Pflanze parasitiert den Pilz Bilder aus dem Internet Neottia nidus-avis Einbahnverkehr: Pilz liefert Zucker und Mineralnährstoffe! Ausbeutung

28 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 28 Pflanzen-Insekten-Symbiosen Bestäubungs- Symbiosen Insekten als Herbivoren Insektivore Pflanzen Pflanzen-Insekten ausgefüllt Skript - p. 104

29 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 29 Insekten als Bestäuber: Angraecum sesquipedale Diese Orchidee ist wegen ihres über 30 cm langen Sporns berühmt. Charles Darwin sagte für sie einen Nachtschwärmer als Bestäuber voraus, der dann auch tatsächlich gefunden wurde (Xanthopan morgani f. predicta) Angraecum sesquipedale Bild von der Webpage des Botanischen Instituts der Universität Basel

30 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 30 Insekten als Bestäuber: Angraecum sesquipedale Xanthopan morgani f. predicta, 41 Jahre nach Darwins Voraussage in Madagaskar entdeckt... Xanthopan morgani predicta Bild aus dem WWW Fair trade Nektar aus dem Sporn Bestäubung der Orchidee (Pollinien!)

31 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 31 Insekten als Herbivoren: Aphiden Bilder aus dem Internet Blattläuse Einbahnverkehr: Pflanze liefert Photosynthese- produkte und Mineralnährstoffe! Ausbeutung Problem: Sehr viel Zucker (ca. 30 g/dl) - keine essentiellen Aminosäuren! Lösung: endosymbiotische Bakterien produzieren essentielle Aminosäuren! Blattlaus-Zelle Buchnera aphidicola PS: Buchnera aphidicola ist das Bakterium mit dem zweitkleinsten Genom der Welt... Pérez-Brocal et al., Science 314, 13. Oct. 2006, p. 312 Das Bakterium mit dem kleinsten Genom der Welt ist Carsonella ruddii, ein endosymbiotisches Bakterium von Psylliden mit ganz ähnlicher Funktion. Nakabachi et al., Science 314, 13. Oct. 2006, p. 267

32 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 32 Pflanzen als Insektivoren Bild aus dem Internet Dionaea muscipula Sonnentau (Drosera rotundifolia)

33 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 33 Pflanzen als Insektivoren Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula) Bild aus dem Internet Dionaea muscipula

34 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 34 Pflanzen-Wirbeltier-Symbiosen Samen- verbreitungs- Symbiosen Wirbeltiere als Herbivoren Keine bekannt; bei weiter Auslegung: Tabak u. ä.) Pflanzen-Wirbeltiere ausgefüllt Skript - p. 104

35 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 35 Wirbeltiere und Samenverbreitung Rote Früchte locken Vögel an (Überlegenswert: "Symbolik" der roten Farbe in der Biologie!) Bild aus Raven et al., 2000 Rote Früchte

36 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 36 Wirbeltiere als Herbivoren Bild aus dem Internet

37 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 37 Wirbeltiere als Herbivoren Foto aus dem Schweizer Nationalpark (V. Wiemken)

38 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 38 Pflanzen-Pflanzen-Symbiosen Keine engen Symbiosen bekannt Halbparasitische und vollparasitische Blütenpflanzen Pflanzen-Pflanzen ausgefüllt Skript - p. 104

39 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 39 Halbparasitische Blütenpflanzen: Misteln Viscum album Mistel Bild aus dem Internet Einbahnverkehr: Baum liefert Wasser und Mineralnährstoffe! Ausbeutung

40 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 40 Vollparasitische Blütenpflanzen: Orobanche Mistel Bild aus dem Internet Orobanche hederae (Europa, auf Efeu (Hedera helix) Einbahnverkehr: Efeu liefert Photosyntheseprodukte, Wasser und Mineralnährstoffe! Ausbeutung

41 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 41 Ernährungsweisen der Pathogene Generell Heterotrophie (als Gegensatz zur Autotrophie!) Pathogene und ihre Ernährungsweise Klassifizierung nach Nahrungsquellen Saprophytische Ernährung (Saprophyten): Nahrung stammt aus toten Substraten Symbiontische Ernährung (Pathogene und mutualistische Symbionten): Nahrung stammt direkt von lebenden Organismen Biotrophie:Der Erreger ernährt sich von lebendem Pflanzengewebe Nekrotrophie:Lebendes Pflanzengewebe wird vom Erreger zuerst abgetötet und dann als Nahrungsquelle verwertet Skript - p. 109

42 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 42 Ernährungsweisen der Pathogene Weitere Klassifizierung von Pathogenen Klassifizierung nach der Abhängigkeit von der Wirtspflanze Fakultatives Pathogen Der Erreger kann zwischen saprophytischer und symbiontischer Ernährung wechseln (typisch für nekrotrophe Pathogene) Obligates Pathogen Der Erreger kann sich nur von lebendem Substrat ernähren (obligate Biotrophie) Klassifizierung nach dem räumlichen Vorkommen Epiphytische Lebensweise Der Mikroorganismus wächst hauptsächlich auf der Pflanzenoberfläche Endophytische Lebensweise Der Mikroorganismus wächst hauptsächlich im Innern der Pflanze Skript - p. 109

43 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 43 Ausbeutung, brutale Form Nekrotrophie Titelblatt

44 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 44 Sudden oak death, California Beispiel 1: Sudden oak death (Phytophthora ramorum) Bild aus dem Internet

45 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 45 Phytophthora ramorum "Sudden Oak Death"in den U.S.A. Bild aus dem Internet

46 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 46 "Sudden Oak Death"in den U.S.A. Phytophthora ramorum Bild aus dem Internet

47 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 47 "Sudden Oak Death"in den U.S.A. Phytophthora ramorum Bild aus dem Internet

48 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 48 Der Erreger: Phytophthora ramorum Phytophthora ramorum Bild aus dem Internet

49 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 49 Nekrotrophie Nekrotrophe Strategie des Krankheitserregers Der Erreger tötet das Pflanzengewebe ab Der Erreger ernährt sich vom abgetöteten Gewebe Die Wirtspflanze wird schwer geschädigt Problem - der Erreger vernichtet längerfristig seine Nahrungsgrundlage!

50 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 50 Ausbeutung, raffinerte Form Biotrophie Titelblatt

51 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 51 Blumeria graminis Getreide-Mehltau, Blumeria graminis Bilder aus der Literatur

52 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 52 Blumeria graminis Mehltau-Sporenträger auf der Blattoberfläche Bild aus der Literatur "Ausbeutung" auf Epidermis beschränkt

53 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 53 Biotrophie Biotrophe Strategie des Krankheitserregers Der Erreger dringt ins Pflanzengewebe ein, ohne dass die Pflanze etwas davon merkt Der Erreger ernährt sich vom lebenden Gewebe Die Wirtspflanze wird zunächst kaum geschädigt Interessant - der Erreger tarnt sich vielleicht als "Symbiont"!

54 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 54 Wichtig: Grundbegriffe zur Pflanzen-Pathogen-Interaktion Wichtig: Terminologie Anfällig, Suszeptibel (S) Resistent (R) Virulent (Vir) Avirulent (Avr) Kompatibel (Compatible, C) Inkompatibel (Incompatible, I) Skript - p. 109

55 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 55 Lokal und systemisch induzierte Resistenz Zeit 0: Infektion mit avirulentem Stamm Nach 2-4 h: Infektion mit virulentem Stamm Nach 2-5 d: Lokal induzierte Resistenz Skript - p. 110

56 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 56 Zeit 0: Infektion mit TNV (Tabak- Nekrosevirus) Nach 2-3 d: nekrotische Flecken Zeit 3d: Infektion mit C. cucumerinum Zeit 10d: Systemischer Schutz Kontrolle: Zeit 0: "Mock-Infektion" mit Wasser Zeit 10d: Starke Infektion Systemisch induzierte Resistenz Skript - p. 110

57 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 57 Lokal induzierte Resistenz: Das Elicitor-Phytoalexin-Modell Konzept des chemischen "Cross-Talk" Pflanze "erkennt" Chitinfragment aus dem Pilz Pflanzliche Chitinasen lösen Chitinfragmente aus der Pilzzellwand Pflanze bildet Abwehrstoffe (u.a. Phytoalexine) Pilz bildet entgiftendes Enzym (Pisatin-Demethylase) Definition "Phytalexine": Antibiotische Sekundärstoffe, die nur als Reaktion auf eine Infektion gebildet werden Elicitor-Phytoalexin-Modell Skript - p. 111

58 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 58 Die Hypersensitive Reaktion Pilz-AngriffPerzeption (zur Zeit 0) Nach Minuten: Umwälzung der Genexpression Nach 1-8 Stunden: Zelltod ("Apoptosis") Nach 2-5 Minuten: Produktion von ROS Änderung der Ionenflüsse Nach 5-15 Minuten: Produktion des Stress- Hormons Ethylen Skript - p. 112

59 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 59 Frage der Woche: Erfindungsreichtum der Orchideen Reinhard et al., "Die Orchideen der Schweiz, 1991 Frage der Woche: Bestäubungs-Symbiosen bei Orchideen Einige der raffiniertesten und spezialisiertesten Symbiosen sind die Bestäubungssymbiosen bei Orchideen. Wieso waren gerade die Orchideen evolutiv so "erfinderisch"? Erfindungsreichtum der Orchideen... und zum Dessert:

60 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 60 Ophrys insectifera Ophrys sphegodes Ophrys-Arten Reinhard et al., "Die Orchideen der Schweiz, 1991

61 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 61 Ophrys holoserica Cypripedium calceolus (Sexualtäuschblume) (Kesselfallenblume) Ophrys und Frauenschuh Reinhard et al., "Die Orchideen der Schweiz, 1991

62 Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 62 Nigritella nigra Orchis tridentata (Nektartäuschblume) (Nektartäuschblume) Nigritella und Orchis Reinhard et al., "Die Orchideen der Schweiz, 1991


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