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Pflanzenphysiologie 07 (26. 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 07 (26. 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 07 (26. April 2010) - 2 Ankündigung Exkursionen Programm der Feldstudien für die nächste Woche Di Mi Do

3 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 3 Frage der Woche 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

4 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 4 Fiederblätter der Mimose vor der Berührung Skript - p. 74

5 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 5 Fiederblätter der Mimose nach der Berührung Skript - p. 74

6 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 6 Mimosen-Population am natürlichen Standort Mimosen-Population in Kerala Skript - p. 74 Frage der Woche: Was könnte die biologische Funktion der raschen Blatt-Bewegung von Mimosa pudica sein? Was für "Fitness-Vorteile" hat die Mimose in ihrem Habitat, wenn sie ihre Fiederblättchen bei Berührung zusammenklappt?

7 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) Geprägte Form, die lebend sich entwickelt, Dämon Wie an dem Tag, der dich der Welt verliehen, Die Sonne stand zum Gruße der Planeten, Bist alsobald und fort und fort gediehen Nach dem Gesetz, wonach du angetreten. So mußt du sein, dir kannst du nicht entfliehen, So sagten schon Sibyllen, so Propheten; Und keine Zeit und keine Macht zerstückelt Geprägte Form, die lebend sich entwickelt. Geprägte Form, die lebend sich entwickelt J. W. von Goethe, 1817 J. W. von Goethe ( ), Porträt von F. Jagemann, 1817 (nicht im Skript)

8 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 8 "Metamorphose" der Pflanzen... Die Metamorphose der Pflanzen Dich verwirret, Geliebte, die tausendfältige Mischung dieses Blumengewühls über den Garten umher; viele Namen hörest du an, und immer verdränget mit barbarischem Klang einer den andern im Ohr. Alle Gestalten sind ähnlich, und keine gleichet der andern; und so deutet das Chor auf ein geheimes Gesetz, auf ein heiliges Rätsel. O könnt' ich dir, liebliche Freundin, überliefern sogleich glücklich das lösende Wort! Werdend betrachte sie nun, wie nach und nach sich die Pflanze, stufenweise geführt, bildet zu Blüten und Frucht. Aus dem Samen entwickelt sie sich, sobald ihn der Erde stille befruchtender Schoß hold in das Leben entläßt, und dem Reize des Lichts, des heiligen, ewig bewegten, gleich den zärtesten Bau keimender Blätter empfiehlt. Einfach schlief in dem Samen die Kraft, ein beginnendes Vorbild lag, verschlossen in sich, unter die Hülle gebeugt, Blatt und Wurzel und Keim, nur halb geformet und farblos; trocken erhält so der Kern ruhiges Leben bewahrt, quillet strebend empor, sich milder Feuchte vertrauend, und erhebt sich sogleich aus der umgebenden Nacht. (...) Geprägte Form, die lebend sich entwickelt J. W. von Goethe, 1798 J. W. von Goethe ( ), Porträt von Angelika Kauffmann, 1788 (nicht im Skript)

9 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 9 Geprägte Form, die lebend sich entwickelt... Geprägte Form, die lebend sich entwickelt (nicht im Skript)

10 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 10 Das Bild der Pflanze... Kürzlich erschienen im Mayer Verlag (Stuttgart/Berlin, 2002) Bild der Pflanze in Wissenschaft und Kunst (nicht im Skript)

11 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 11 Die "Urpflanze" von J. W. Goethe Notizblatt von Goethe Lehrbuchdarstellung aus Strasburger, 1999 Urpflanze von Goethe (nicht im Skript)

12 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 12 Skizze der Urpflanze von Joseph Beuys (1977) Urpflanze von Beuys (nicht im Skript)

13 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 13 Paul Klee, Flora am Felsen Kunstmuseum Bern, 1940 Paul Klee: Flora am Felsen (nicht im Skript)

14 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 14 Mitose-Aktivität und Organbildung Wachstum durch Zellteilung und Differenzierung kein Auxin oder kein Kinetin oder weder noch viel Auxin viel Kinetin viel Auxin wenig Kinetin wenig Auxin viel Kinetin nach einigen Wochen Konzept der Hormon- Balance! Stengel-Mark von Tabak Basales Nährmedium: Zucker Mineralsalze + Hormone Mitose-Aktivität und Organbildung Skript - p. 76

15 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 15 Entdeckung des Wachstumshormons "Auxin" Wachstum durch Zellstreckung Paradebeispiel: Die Koleoptile wächst nur durch Zellstreckung "Dekapitierung" der Koleoptile Streckungs- wachstum von isolierten Koleoptilen Zuwachs Agarblock Schlussfolgerung: aus der Koleoptilspitze diffundiert ein Wuchsstoff in den Agarblock Kontrolle Zuwachs Entdeckung von Auxin Skript - p. 76

16 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 16 Zur Erinnerung: Phototropismus 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

17 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 17 Auxin: Basipetaler Transport Hormon-Konzept Bildung des Hormons im Gewebe A Wirkung des Hormons im Gewebe C Transport des Hormons via Gewebe B Förderung des primären Sprossmeristems Spross: viel Auxin fördert Streckungswachstum Wurzel: viel Auxin hemmt Streckungswachstum Wichtig: Multiple Wirkung von Pflanzenhormonen! Auxin: Basipetaler Transport Skript - p. 76

18 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 18 "Totipotenz" von Pflanzenzellen (1) Differenzierte Phloem- Parenchymzellen De-Differenzierung Embryoide Erwachsene Pflanze Erwachsene Pflanze "Ruby" Klon von "Ruby" Reversible Differenzierung der Pflanzenzellen - Keine Trennung von "Soma" und "Keimbahn"! - Keine Stammzellen! - Klonierung ist bei Pflanzen ein natürlicher Prozess! Totipotenz der Pflanzenzellen Skript - p. 77

19 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 19 Direkter Gen-Transfer (Inkorporierung eines Stücks Fremd-DNA in die Einzelellen) Potrykus und Paszkowski, 1983 (FMI Basel) Klonale Vermehrung von Tabak "in vitro" Resultat: "Transgene" Pflanze Totipotenz der Pflanzenzellen "Totipotenz" von Pflanzenzellen (2) Skript - p. 77

20 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 20 Ingo Potrykus und der "Golden Rice" Aus dem WWW; nicht im Skript

21 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 21 Phytohormone Totipotenz der Pflanzenzellen Skript - p. 78

22 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 22 Auxin Totipotenz der Pflanzenzellen Skript - p. 78 Indol-Essigsäure (= indole acetic acid, IAA) Wichtig: Basipetaler Transport (von Zelle zu Zelle) Wichtig: Multiple Funktionen! Wirksame Dosis (EC 50 ): ca M

23 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 23 Cytokinine Totipotenz der Pflanzenzellen Skript - p. 78 Zeatin, ein Adenin- Derivat (=Purin) (kann auch in andern Organen synthetisiert werden) Wichtig: Multiple Funktionen! Wirksame Dosis (EC 50 ): ca M Wichtig: Zusammenspiel mit Auxin in der Differenzierung! (Hormon-Balance) x

24 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 24 Gibberelline Totipotenz der Pflanzenzellen Skript - p. 78 Gibberellin, ein Diterpen (entdeckt als Wirkstoff des pathogenen Pilzes Gibberella fujikuroi) Wichtig: Multiple Funktionen! Wirksame Dosis (EC 50 ): ca M Wichtig: Gegenspieler von ABA bei der Samenkeimung! (Hormon-Balance)

25 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 25 Abscisinsäure (ABA) Totipotenz der Pflanzenzellen Skript - p.78 Abscisinsäure, ABA (ein Sesquiterpen) (kann auch in andern Organen synthetisiert werden) Wichtig: Multiple Funktionen! Wirksame Dosis (EC 50 ): ca M Wichtig: Gegenspieler von GA bei der Samenkeimung! (Hormon-Balance) keine Funktion beim Blattfall (Abscission)

26 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 26 Ethylen Totipotenz der Pflanzenzellen Skript - p. 78 Ethylen, ein einfacher Kohlenwasserstoff Wichtig: Als "Stresshormon" in allen Organen gebildet! Wichtig: Multiple Funktionen! Wirksame Dosis (EC 50 ): ca M Wichtig: Zusammenspiel mit Auxin beim Blattfall! (Hormon-Balance)

27 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 27 Brassinolide Totipotenz der Pflanzenzellen Skript - p. 78 Brassinolid, ein Steroid (erstmals isoliert 1979 aus Pollen von Raps: 10 mg aus 230 kg Pollen) Wichtig: Multiple Funktionen! Wirksame Dosis (EC 50 ): ca M fördern Sprosswachstum

28 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 28 Skotomorphogenese und Photomorphogenese "Etiolement", "etiolierter Keimling" Hypokotyl gestreckt "Haken" geschlossen "De-Etiolierung": Anthocyan-Bildung in Subepidermis Photomorphogenese Skript - p. 79

29 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 29 Belichtung und Anthocyanbildung bei Senf-Keimlingen Anthocyan-Bildung = "Marker" für De-etiolierung Kontrolle im Dunkeln (nicht gezeigt) Hellrot-Puls oder Hellrot-Puls, gefolgt von Dunkelrot-Puls Dunkelrot-Puls Photoreversion! Anthocyan-Bildung bei Senf-Keimlingen Skript - p. 79

30 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 30 Das Phytochrom-System (1) Hellrot-Licht (HR, 665 nm) Dunkelrot-Licht (DR, 730 nm) Phytochrom in der P r -Form akkumuliert im Dunkel Phytochrom in der P fr -Form ist aktiv z.B. Anthocyan-Bildung ("Marker") Phytochrom-System 1 Skript - p. 80 Photoreversion!

31 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 31 Das Phytochrom-System (2) Absorptionsspektren Wirkungsspektren Differenz-Spektrum Phytochrom-System 2 Skript - p. 80

32 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 32 Experimentelle Bestimmung des Wirkungsspektrums z.B. Anthocyan-Gehalt ("Marker") F = Quantenmenge = "Quantenfluss" x Zeit = 666 nm = 600 nm z.B. 50% der maximalen Antwort Wirkungsspektrum Skript - p. 80

33 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 33 "Phytochrom-Verhältnis" Maximum: ca. 0.8 Minimum: ca Phytochrom-Verhältnis Skript - p. 81 Steiler Abfall zwischen 680 und 720 nm

34 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 34 Phytochrom: Struktur des Chromophors Protein mit ca Aminosäuren (MW = 120 kDa) Prosthetische Gruppe (kovalent gebunden) Chromophor in der P r -Form: "offen" Chromophor in der P fr -Form: "geschlossen" Reversible Konformationsänderung Phytochrom - Struktur des Chromophors Skript - p. 81

35 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 35 Phytochrom: Hypothese zur Signaltransduktion Modell: Konformationsänderung des Chromophors bewirkt Konformationsänderung des Proteins! Phytochrom: Signaltransduktion Skript - p. 81

36 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 36 Pfropfung "Geissfuss"-Technik"Kopulieren" Unterlage (engl. "stock") "Edelreis" (engl. "scion") Pfropfung - allgemein Skript - p. 82

37 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 37 Pfropfung: Sektorialchimären Nachtschatten (Solanum nigrum) Tomate (Lycopersicon esculentum) Chimären-Blatt Chimären-Pflanze Pfropfung - Sektorialchimären Skript - p. 82

38 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 38 Pfropfung: Periklinalchimären Nachtschatten Nachtschatten mit "Haut von Tomate" Tomate Tomate mit "Haut von Nachtschatten" Solanum tubigense Solanum koelreuterianum Solanum nigrum Lycopersicon esculentum Pfropfung - Periklinalchimären Skript - p. 82

39 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 39 Blühinduktion und Photoperiodizität (1) Senf: Langtagpflanze Prachtwinde: Kurztagpflanze Blühinduktion, Photoperiode (1) Skript - p. 83

40 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 40 Blühinduktion und Photoperiodizität (2) Kurz- und Langtagpflanzen bei nah verwandten Spezies Pfropf-Experiment mit Sedum (LTP) und Kalanchoë (KTP); Pflanzen im Kurztag gehalten Unterlage beblättert >> Blühstimulus ok! Unterlage entblättert >> Blühstimulus fällt aus! Florigen = Blühhormon Blühinduktion, Photoperiode (2) Skript - p. 83

41 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 41 Blühinduktion und Photoperiodizität (3) Störlicht mitten in der Nacht Stördunkel mitten am Tag Die Pflanzen messen die (ununterbrochene) Nachtlänge! >> die Nacht wird "kurz"! Kein Effekt! KT LT KT LT "Langnacht- Pflanzen" "Kurznacht- Pflanzen" Blühinduktion, Photoperiode (3) Skript - p. 83

42 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 42 Blühinduktion und Photoperiodizität (4) 8 h Weisslicht 8 h Weisslicht + 1 min HR inmitten der Nacht 8 h Weisslicht + 1 min HR + 1 min DR inmitten der Nacht Experimente mit der Kurztagpflanze ("Langnacht-Pflanze") Kalanchoe blossfeldiana Blühinduktion, Photoperiode (4) >> Messung der Nachtlänge mittels Phytochrom Skript - p. 83

43 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 43 Blüh-Induktion und innere Uhr Optimale Wirkung des Störlichts in der Mitte der Dunkelperiode! Skript - p. 84

44 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 44 Endogene Rhythmik: Pfeffersche Apparatur Apparate von Pfeffer zur Messung der Blattstellung Skript - p. 84

45 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 45 Endogene Rhythmik: Blattbewegungen Endogene Rhythmik der Blattbewegungen (Pfeffer) Skript - p. 84 Blattbewegung geht im Dauerdunkel weiter! Blattbewegung geht im Dauerlicht weiter! Periodizität der "inneren Uhr": ca. 20 h!

46 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) und zum Dessert: 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

47 Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 47 En Guete!


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