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 nächste Woche Di Mi Do

Wieso regt sich die Mimose? Frage der Woche 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? 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-Bewegung von Mimosa pudica sein? Was für "Fitness-Vorteile" hat die Mimose in ihrem Habitat, wenn sie ihre Fiederblättchen bei Berührung zusammenklappt? Skript - p. 74

Geprägte Form, die lebend sich entwickelt DAIMWN, 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. J. W. von Goethe, 1817 J. W. von Goethe (1749 - 1832), Porträt von F. Jagemann, 1817 (nicht im Skript)

Geprägte Form, die lebend sich entwickelt "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. (...) J. W. von Goethe (1749 - 1832), Porträt von Angelika Kauffmann, 1788 J. W. von Goethe, 1798 (nicht im Skript)

Geprägte Form, die lebend sich entwickelt (nicht im Skript)

Bild der Pflanze in Wissenschaft und Kunst Das Bild der Pflanze ... Kürzlich erschienen im Mayer Verlag (Stuttgart/Berlin, 2002) (nicht im Skript)

Die "Urpflanze" von J. W. Goethe Urpflanze von Goethe Die "Urpflanze" von J. W. Goethe Notizblatt von Goethe Lehrbuchdarstellung aus Strasburger, 1999 (nicht im Skript)

Urpflanze von Beuys (nicht im Skript) Skizze der Urpflanze von Joseph Beuys (1977) (nicht im Skript)

Paul Klee: Flora am Felsen Kunstmuseum Bern, 1940 (nicht im Skript)

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

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

Phototropismus und Querverlagerung von Auxin Zur Erinnerung: Phototropismus 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

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

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

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

Ingo Potrykus und der "Golden Rice" Aus dem WWW; nicht im Skript

Totipotenz der Pflanzenzellen Phytohormone Skript - p. 78

Totipotenz der Pflanzenzellen Auxin Indol-Essigsäure (= indole acetic acid, IAA) Wichtig: Basipetaler Transport (von Zelle zu Zelle) Wichtig: Multiple Funktionen! Wirksame Dosis (EC50): ca. 10-7 - 10-6 M Skript - p. 78

Totipotenz der Pflanzenzellen Cytokinine x Zeatin, ein Adenin-Derivat (=Purin) (kann auch in andern Organen synthetisiert werden) Wichtig: Multiple Funktionen! Wichtig: Zusammenspiel mit Auxin in der Differenzierung! (Hormon-Balance) Wirksame Dosis (EC50): ca. 10-8 - 10-7 M Skript - p. 78

Totipotenz der Pflanzenzellen Gibberelline Gibberellin, ein Diterpen (entdeckt als Wirkstoff des pathogenen Pilzes Gibberella fujikuroi) Wichtig: Multiple Funktionen! Wichtig: Gegenspieler von ABA bei der Samenkeimung! (Hormon-Balance) Wirksame Dosis (EC50): ca. 10-8 - 10-7 M Skript - p. 78

Totipotenz der Pflanzenzellen Abscisinsäure (ABA) keine Funktion beim Blattfall (Abscission) Abscisinsäure, ABA (ein Sesquiterpen) (kann auch in andern Organen synthetisiert werden) Wichtig: Multiple Funktionen! Wichtig: Gegenspieler von GA bei der Samenkeimung! (Hormon-Balance) Wirksame Dosis (EC50): ca. 10-7 - 10-6M Skript - p.78

Totipotenz der Pflanzenzellen Ethylen Ethylen, ein einfacher Kohlenwasserstoff Wichtig: Als "Stresshormon" in allen Organen gebildet! Wichtig: Multiple Funktionen! Wichtig: Zusammenspiel mit Auxin beim Blattfall! (Hormon-Balance) Wirksame Dosis (EC50): ca. 10-10 - 10-9 M Skript - p. 78

Totipotenz der Pflanzenzellen Brassinolide fördern Sprosswachstum Brassinolid, ein Steroid (erstmals isoliert 1979 aus Pollen von Raps: 10 mg aus 230 kg Pollen) Wichtig: Multiple Funktionen! Wirksame Dosis (EC50): ca. 10-9 - 10-8 M Skript - p. 78

Skotomorphogenese und Photomorphogenese "Haken" geschlossen Hypokotyl gestreckt "De-Etiolierung": Anthocyan-Bildung in Subepidermis "Etiolement", "etiolierter Keimling" Skript - p. 79

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

Das Phytochrom-System (1) Phytochrom in der Pfr-Form ist aktiv Hellrot-Licht (HR, 665 nm) Dunkelrot-Licht (DR, 730 nm) Photoreversion! Phytochrom in der Pr-Form akkumuliert im Dunkel z.B. Anthocyan-Bildung ("Marker") Skript - p. 80

Das Phytochrom-System (2) Differenz-Spektrum Absorptionsspektren Wirkungsspektren Skript - p. 80

Experimentelle Bestimmung des Wirkungsspektrums l = 666 nm l = 600 nm z.B. Anthocyan-Gehalt ("Marker") z.B. 50% der maximalen Antwort F = Quantenmenge = "Quantenfluss" x Zeit Skript - p. 80

Phytochrom-Verhältnis Maximum: ca. 0.8 Steiler Abfall zwischen 680 und 720 nm Minimum: ca. 0.01 Skript - p. 81

Phytochrom - Struktur des Chromophors Protein mit ca. 1200 Aminosäuren (MW = 120 kDa) Prosthetische Gruppe (kovalent gebunden) Reversible Konformationsänderung Chromophor in der Pr-Form: "offen" Chromophor in der Pfr-Form: "geschlossen" Skript - p. 81

Phytochrom: Signaltransduktion Phytochrom: Hypothese zur Signaltransduktion Modell: Konformationsänderung des Chromophors bewirkt Konformationsänderung des Proteins! Skript - p. 81

Pfropfung Unterlage (engl. "stock") "Edelreis" (engl. "scion") Pfropfung - allgemein Pfropfung Unterlage (engl. "stock") "Edelreis" (engl. "scion") "Geissfuss"-Technik "Kopulieren" Skript - p. 82

Pfropfung - Sektorialchimären Chimären-Pflanze Nachtschatten (Solanum nigrum) Tomate (Lycopersicon esculentum) Chimären-Blatt Skript - p. 82

Pfropfung - Periklinalchimären Solanum nigrum Solanum tubigense Solanum koelreuterianum Lycopersicon esculentum Nachtschatten mit "Haut von Tomate" Tomate mit "Haut von Nachtschatten" Nachtschatten Tomate Skript - p. 82

Blühinduktion, Photoperiode (1) Blühinduktion und Photoperiodizität (1) Prachtwinde: Kurztagpflanze Senf: Langtagpflanze Skript - p. 83

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

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

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

Blüh-Induktion und innere Uhr Optimale Wirkung des Störlichts in der Mitte der Dunkelperiode! Skript - p. 84

Endogene Rhythmik: Pfeffersche Apparatur Apparate von Pfeffer zur Messung der Blattstellung Skript - p. 84

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

... 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? Skript - p. 75

En Guete!