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 ...

Feldstudien 2010: Events der Woche Internet: Teaching Feldstudien 2010: Events der Woche Mi, Abend Fr, ganzer Tag Sa, Nachmittag

Feldstudien 2010: Pflanzenbiologische Studien V Internet: Teaching Feldstudien 2010: Pflanzenbiologische Studien V

Feldstudien 2010: Pflanzenbiologische Studien V Internet: Teaching Feldstudien 2010: Pflanzenbiologische Studien V

Frage der Woche: Phycomyces 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? Skript, p. 12

Rückblenden - Zellbiologie Skript, p. 13

Zellen von Robert Hooke Rückblende 3: Beispiele von Zellen Skript, p. 15

Mikroskop von Robert Hooke Robert Hooke (1635-1703) 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

Matthias Schleiden, der Begründer der Zellenlehre Mägdefrau 1992; nicht im Skript

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

Biographie von Matthias Schleiden 1804 geboren in Hamburg 1821-1826 Studium der Jurisprudenz in Heidelberg 1826 Promotion zum Dr. jur., Anwalt in Hamburg 1831 Suizidversuch; Aufnahme des Medizin-Studiums 1835-1839 Studium der Botanik in Berlin und Jena 1840 Berufung zum Botanik-Professor in Jena 1843 Erstmalige Durchführung eines "Physiologischen Praktikums" 1848-1849 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 1864-1881 Privatgelehrter in Dresden, Darmstadt, Wiesbaden 1881 gestorben in Frankfurt Mägdefrau 1992; nicht im Skript

Zellen-Quiz 1 - Hefezelle Zellen-Quiz 1: Was zeigt dieses Bild? Objekt: Hefe (einzelliger Pilz) ZW = Zellwand Technik: Elektronenmikroskopie (Gefrierätzung) V = Vakuole ZM = Zellmembran Dimension: 1 mm Strich = 1 Mikrometer Skript, p. 15

Zellen-Quiz 2 - Drüsenköpfchen Zellen-Quiz 2: Was zeigt dieses Bild? Objekt: Köpfchen eines Drüsen- haars C = Cuticula W = Wand Technik: Elektronenmikroskopie (kontrastierter Dünnschnitt) Zellkern 10 mm Dimension: Strich = 10 Mikrometer Sekret Skript, p. 15

Zellen-Quiz 3 - Pollenkörner Zellen-Quiz 3: Was zeigt dieses Bild? Objekt: Pollenkörner und Narben-Papillen Technik: Kontakt, Eindringen des Pollenschlauchs Raster-Elektronen- mikroskopie Dimension: Strich = 20 Mikrometer 20 mm Skript, p. 15

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

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

Präbiotische und biotische Evolution Skript, p. 16

Hypothesen zur Evolution der Organismen-Reiche Hypothese zur Evolution der Organismen-Reiche Eukaryoten: 4 Reiche Endosymbiose 2 >>> Chloroplasten Endosymbiose 1 >>> Mitochondrien Prokaryoten: 2 Reiche Skript, p. 16

Rückblenden - Zellbiologie Skript, p. 13

Membranmodell, Singer und Nicolson Rückblende 4: Membranen hydrophil hydrophob hydrophil Skript, p. 17

Membranmodell, Singer und Nicolson Membranen in der Elektronenmikroskopie (Gefrierbruch) Transmembran- protein 100 nm Skript, p. 17

Phosphatidylcholin - ein typisches Phospholipid Bau der Lipide Phosphatidylcholin - ein typisches Phospholipid amphipathisch Skript, p. 17

Unkompartimentierte Bakterienzelle Kompartimentierung der Prokaryoten-Zelle Zw = Zellwand N = Kern-Äquivalent (o. Membran) CP = Cytoplasma CM = Zell- membran Durchmesser: ca. 1 mm Skript, p. 18

Unkompartimentierte Bakterienzelle Kompartimentierung der Pflanzenzelle (Eukaryoten-Zelle) Dictyosom Zellwand Plasmalemma (Pro-)Plastid Zellkern Durchmesser: ca. 10 mm Vakuole Mitochondrien Skript, p. 18

Kompartimentierung der Pflanzenzelle (2) Dictyosom Vakuolen Zellkern Plastiden Plasmalemma Mitochondrien Zellwand Skript, p. 18

Rückblenden - Zellbiologie Skript, p. 13

Unveränderte Weitergabe des Erbguts; klonale Vermehrung Mitose Rückblende 5: Zellkern und Zellteilung - Mitose Unveränderte Weitergabe des Erbguts; klonale Vermehrung Skript, p. 19

Mitose "live" bei Haemanthus catherinae (Blutblume) nicht im Skript

Mitose "live": Zellteilung im Haemanthus-Endosperm nicht im Skript

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

Vergrösserung der Vakuole als Wachstumsmotor Vergrösserung der Vakuole als Wachsumsmotor Wasser als "Baustoff" Pflanzen bestehen oft zu >95% aus Wasser! Skript, p. 20

Vergrösserung der Vakuole als Wachsumsmotor Vakuolensaft osmotische Wasseraufnahme Cytoplasma Zellwand Plasmalemma turgorgetriebenes Wachstum Tonoplast Skript, p. 20

Bildung einer neuen Zellwand Bildung der neuen Zellwand Phragmoplast Skript, p. 20

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

Cellulose-Synthese am Plasmalemma Rosettenförmige Cellulosesynthase-Komplexe in regelmässiger Anordnung Skript, p. 21

Lignin: Bausteine Propanol Phenol Phenylpropan-Derivate Skript, p. 21

Lignin: Struktur Dreidimensionales Polymer: "Beton" Cellulose + Lignin = "Stahlbeton" Skript, p. 22

Wasserpotential Das Wasserpotential W = M +  + P Skript, p. 22

W = M +  + P = s + P W = -  + P Das Wasserpotential osmotischer Druck Turgor-Druck Skript, p. 22

Die Pfeffersche Zelle, ein Osmometer Skript, p. 22

Wilhelm Pfeffer, der erste Pflanzenphysiologe Mägdefrau 1992; nicht im Skript

Biographie von Wilhelm Pfeffer 1845 geboren in Grebenstein bei Kassel 1860-1863 Lehrling in der Apotheke des Vaters 1863-1865 Studium der Chemie und Physik in Göttingen 1865 Promotion zum Doktor der Chemie 1865-1868 Apotheker-Gehilfe in Chur; Studien zu den Laubmoosen Graubündens 1869-1877 Studien in Berlin und Marburg; Extraordinarius in Bonn 1877-1878 Ordinarius für Botanik in Basel 1878-1887 Ordinarius für Botanik in Tübingen 1887-1920 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

Die Pfeffersche Zelle, ein Osmometer Steighöhe 24 m !! 100 mM Saccharose  = - 2.4 bar = 34 g pro Liter >>> P = 2.4 bar Skript, p. 22

Vergrösserung der Vakuole als Wachsumsmotor Vakuolensaft osmotische Wasseraufnahme Cytoplasma Aufnahme von Ionen (K+, NO3- etc.) Zellwand Plasmalemma turgorgetriebenes Wachstum Tonoplast Skript, p. 20

Plasmolyse Turgeszenz Grenzplasmolyse Plasmolyse W = 0 W = -11 bar Vakuole: 0.5 M gelöste Stoffe Vakuole: 1.0 M gelöste Stoffe  = - 11 bar  = - 11 bar  = - 22 bar P = 11 bar: Turgordruck P = 0 bar P = 0 bar W = 0 W = -11 bar W = -22 bar aussen Wasser aussen 0.5 M Zucker aussen 1.0 M Zucker Skript, p. 23

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

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

Frage der Woche: Aquaporin Frage der Woche: Aquaporin in Pflanzen Wieso platzen unbehandelte Oocyten nicht, und wieso platzen die behandelten Oocyten? Wie passt das zur Theorie der Osmose und der semipermeablen Membranen? Skript, p. 24

Expression von mRNA in Xenopus-Oocyten (1) Lebenszyklus von Xenopus Skript, p. 24

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