Pflanzenphysiologie Thomas Boller Frühjahrsemester 2010 Montag, 8 – 10

Präsentation zum Thema: "Pflanzenphysiologie Thomas Boller Frühjahrsemester 2010 Montag, 8 – 10"—  Präsentation transkript:

1 Pflanzenphysiologie Thomas Boller Frühjahrsemester 2010 Montag, 8 – 10
Titel Pflanzenphysiologie Thomas Boller Frühjahrsemester 2010 Montag, 8 – 10 Dass ich erkenne, was die Welt Im innersten zusammenhält, Schau alle Wirkungskraft und Samen ...

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

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

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

5 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

6 Rückblenden - Zellbiologie
Skript, p. 13

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

8 Mikroskop von Robert Hooke
Robert Hooke ( ) 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

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

10 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

11 Biographie von Matthias Schleiden
geboren in Hamburg Studium der Jurisprudenz in Heidelberg Promotion zum Dr. jur., Anwalt in Hamburg Suizidversuch; Aufnahme des Medizin-Studiums Studium der Botanik in Berlin und Jena Berufung zum Botanik-Professor in Jena Erstmalige Durchführung eines "Physiologischen Praktikums" Politiker-Karriere während der Revolutionsjahre Berufung zum Ordinarius und Direktor des Botanischen Instituts in Jena Niederlegung der Botanikprofessur; in Diensten der russischen Grossfürstin Helene Paulowna in Dresden Berufung zum Professor der Anthropologie nach Dorpat Privatgelehrter in Dresden, Darmstadt, Wiesbaden gestorben in Frankfurt Mägdefrau 1992; nicht im Skript

12 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

13 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

14 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

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

16 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

17 Präbiotische und biotische Evolution
Skript, p. 16

18 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

19 Rückblenden - Zellbiologie
Skript, p. 13

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

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

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

23 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

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

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

26 Rückblenden - Zellbiologie
Skript, p. 13

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

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

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

30 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

40 Die Pfeffersche Zelle, ein Osmometer
Skript, p. 22

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

42 Biographie von Wilhelm Pfeffer
geboren in Grebenstein bei Kassel Lehrling in der Apotheke des Vaters Studium der Chemie und Physik in Göttingen Promotion zum Doktor der Chemie Apotheker-Gehilfe in Chur; Studien zu den Laubmoosen Graubündens Studien in Berlin und Marburg; Extraordinarius in Bonn Ordinarius für Botanik in Basel Ordinarius für Botanik in Tübingen Ordinarius für Botanik in Leipzig "Handbuch der Pflanzenphysiologie" veröffentlicht 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

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

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

45 Plasmolyse Turgeszenz Grenzplasmolyse Plasmolyse W = 0 W = -11 bar
Vakuole: 0.5 M gelöste Stoffe Vakuole: 1.0 M gelöste Stoffe  = bar  = bar  = 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

46 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

47 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

48 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

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

50 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