Pflanzenphysiologie Thomas Boller Frühjahrsemester 2010 Montag, 8 – 10 Titel Pflanzenphysiologie Thomas Boller Frühjahrsemester 2010 Montag, 8 – 10 www.plantbiology.unibas.ch/teaching/pflanzenphysiologie/index.htm Dass ich erkenne, was die Welt Im innersten zusammenhält, Schau alle Wirkungskraft und Samen ...

Ankündigung Exkursionen Programm der Feldstudien für die laufende Woche Mo Di Mi Sa http://www.conservation.unibas.ch/teach/feld.php?lang=de

"Feuer und Eis": Ganztägige Exkursion ins Wallis http://plantbiology.unibas.ch/teaching/pflanzenphysiologie/

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"Feuer und Eis": Ganztägige Exkursion ins Wallis Heute! http://plantbiology.unibas.ch/teaching/pflanzenphysiologie/

Können Bäume in den Himmel wachsen? Frage der Woche: Können Bäume in den Himmel wachsen? Skript - p. 62

Können Bäume in den Himmel wachsen? Frage der Woche Können Bäume in den Himmel wachsen? 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? Skript - p. 62

Eucalyptus regnans (Australien) Skript - p. 62

Pseudotsuga menziesii (Douglasie, Nordamerika) Pseudozuga menziesii Pseudotsuga menziesii (Douglasie, Nordamerika) Skript - p. 62

Sequoia sempervirens (Mammutbaum, Nordamerika) Skript - p. 62

"Chandelier tree", Drive-Thru-Tree-Park, California Sequoia sempervirens "Chandelier tree", Drive-Thru-Tree-Park, California Height: 315 ft. Diameter: 21 ft. Age: 2400 years Bild aus dem WWW

"Headline" in der Wissenschafts-Zeitschrift NATURE Nature, 22.April 04 "Headline" in der Wissenschafts-Zeitschrift NATURE Nature 428, 851-855 (2004)

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 112.83 m hoch. Im Jahr 2006 wurden im Redwood National Park drei noch höhere Bäume entdeckt. Der höchste davon, "Hyperion" genannt, war damals 115.55 m hoch. Nature 428, 851-855 (2004)

Variation physiologischer Parameter Höhenabhängige Variation physiologischer Parameter Koch et al., Nature 428, 851-855 (2004) Nature 428, 851-855 (2004)

Höhenabhängige Variation der Blattstruktur Variation der Blätter Höhenabhängige Variation der Blattstruktur Koch et al., Nature 428, 851-855 (2004) Nature 428, 851-855 (2004)

Höhenabhängige Variation der Blattstruktur (2) Epiphytischer Baum Höhenabhängige Variation der Blattstruktur (2) Nature 428, 851-855 (2004)

"Limits to growth" - Grenzen des Wachstums für Bäume Nature 428, 851-855 (2004)

6. Und sie bewegt sich doch! Blüte der Mimosa pudica Eppur si muove ... 6. Und sie bewegt sich doch! Eppur si muove ... Henri Matisse "Mimosa", 1949 Blüte der Mimosa pudica Skript - p. 63

Abschuss-Vorrichtung von Pilobolus und Sphaerobolus Pilobolus, Schema Abschuss-Vorrichtung von Pilobolus und Sphaerobolus Sporangium, mit Sporen gefüllt Sporangienträger: unter Hochdruck! Explosions-Bewegung Nicht im Skript

Experiment von Holly Jolivette Das Experiment von Holly Jolivette (1910): Kann Pilobolus in Bildern sehen? Skript - p. 12

Resultat des Experiments Skript - p. 12

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

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

Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel (I) Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel: EM quer Plasma-Membran Neun periphere Doppel-Mikrotubuli Dynein-Arme = Antriebsmotor Zwei zentrale Mikrotubuli Radiale Speichen 100 nm Skript - p. 64

Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel (II) Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel: EM längs Basal-Körper 100 nm Skript - p. 64

Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel (III) Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel: Schema Bewegung nach dem Prinzip der "gleitenden Filamente" Skript - p. 64

Chemotaxis Chemotaxis Taxis = freie Ortsbewegung, gesteuert durch die Richtung eines Umweltreizes Topotaxis: gezielte Bewegung entlang von Gradienten Phobotaxis: Zickzack-Kurs, unterschiedliche Frequenz des Kurswechsels Skript - p. 65

Lockstoff-Chemie: Braunalgen Gametenlockstoffe bei Braunalgen Ungesättigte Kohlenwasserstoffe Hohe Spezifität und Sensitivität (Schwellenwert < 10-9 M) Skript - p. 65

Lockstoff-Chemie: Grünalgen, Pilze Gametenlockstoffe bei Grünalgen (B) und Pilzen (C) Hohe Spezifität und Sensitivität (Schwellenwert < 10-9 M) Skript - p. 65

Phototaxis Positive Topotaxis Photorezeptor : Retinal "Stigma": Carotinoide Beschattungs-Prinzip: Richtungsänderung bei Beschattung des Photorezeptors Skript - p. 65

Magnetotaxis Orientierung im Magnetfeld mit Hilfe von "Magnetosomen" Skript - p. 65

Phototropismus: Farn-Chloronemen Tropismus: ″zielgerichtete″ Bewegung! Scharfer Knick! Nach 2 Tagen Zeit 0: Wechsel der Lichtrichtung! Tropismus: ″zielgerichtete″ Bewegung! Skript - p. 66

Wachstumsbewegungen: Tropismen Positiver Phototropismus Wieso nicht so? Negativer Phototropismus Skript - p.66

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

Typisches Wirkungsspekrum des Phototropismus Wachstumsbewegungen Typisches Wirkungsspekrum des Phototropismus Maximale Wirkung: ~ 450 nm Blaulicht-Rezeptor! Skript - p. 66

Phototropismus und Querverlagerung von Auxin Phototropismus: Querverlagerung von Auxin Bioassay von F. Went: Koleoptil-Krümmungstest Seitlich aufgesetzter Agarblock Dekapitierte Koleoptile Krümmungswinkel = Mass für Auxin-Konzentration Agarblock: fängt diffundierendes Auxin auf Auxin-Querverlagerung Diffusionsbarriere Skript - p. 67

Phototropismus und Querverlagerung von Auxin Phototropismus: Differentielles Flankenwachstum Auxin-Querverlagerung mehr Auxin weniger Auxin Skript - p. 67

Gravitropismus: Bau der Wurzel Gravitropismus der Wurzel: Wurzelhaube als Sensor Wurzelhaube (Kalyptra) Skript - p. 68

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

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

Statocyten und Statholithen Gravitropismus des Sprosses: Querverlagerung von Auxin Auxin-Querverlagerung Wichtig: basipetaler Transport von Auxin! Skript - p. 69

Statocyten und Statholithen Gravitropismus: Differentielles Flankenwachstum weniger Auxin mehr Auxin Skript - p. 69

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

Schliessung der Spaltöffnung: Bedeutung von ABA ABA und Stomata Schliessung der Spaltöffnung: Bedeutung von ABA Plasmolyse-Versuch ABA bewirkt Absinken des osmotischen Potentials in den Schliesszellen Kein Effekt von ABA auf Nebenzellen Skript - p. 70

Öffnung der Spaltöffnung: Bedeutung von Kalium-Fluss Öffnung der Stomata Öffnung der Spaltöffnung: Bedeutung von Kalium-Fluss Wenig Kalium in Schliesszellen Viel Kalium in Schliesszellen Spaltöffnung geschlossen Spaltöffnung offen Skript - p. 70

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

Mimose: Schnelle Bewegung Schnelle Bewegung der Fiederblätter der Mimose "Aktions-Potential" (ergibt Potentialdifferenz zwischen Phloem und Referenz-Elektrode) Skript - p. 71

Mimose: Aktionspotential Depolarisierung Öffnen von Ionenkanälen Repolarisierung Ruhe-Potential (innen negativ) Nicht im Skript

Wer kann Berührungen 100x empfindlicher wahrnehmen? Ranke Vitis Wer kann Berührungen 100x empfindlicher wahrnehmen? 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. Skript - p. 72

Ranke Vitis Ranke der Weinrebe Skript - p. 72

Ranke Bryonia Ranke der Zaunrübe Umkehrpunkt Skript - p. 72

Ranke der Zaunrübe: Umkehrpunkt Ranke Bryonia Ranke der Zaunrübe: Umkehrpunkt Skript - p. 72

Explosionsbewegung: Impatiens noli-tangere ca. 5 msec Frucht vor Samen-Abschuss Frucht nach Samen-Abschuss Skript - p. 73

Explosionsbewegung: Ecballium elaterium Ecballium elaterium I Explosionsbewegung: Ecballium elaterium Samen fliegen bis 12 m weit! ca. 100 msec Skript - p. 73

Ecballium elaterium II Explosionsbewegung: Ecballium elaterium Sollbruchstelle Innen-Druck: ca. 15 bar! Skript - p. 73

Wieso regt sich die Mimose? Frage der Woche ... 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? Skript - p. 74

Fiederblätter der Mimose vor der Berührung Skript - p. 74

Fiederblätter der Mimose nach der Berührung Skript - p. 74

Mimosen-Population in Kerala Mimosen-Population am natürlichen Standort 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? Skript - p.74