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Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 1
Titel
PflanzenphysiologieThomas Boller
Frühjahrsemester 2010
Montag, 8 – 10
www.plantbiology.unibas.ch/teaching/pflanzenphysiologie/index.htm
Dass ich erkenne, was die WeltIm innersten zusammenhält,
Schau alle Wirkungskraft und Samen ...
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 2
Ankündigung Exkursionen
Programm der Feldstudien für die laufende Woche
Mi
Mo
Di
Sa
http://www.conservation.unibas.ch/teach/feld.php?lang=de
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 3
"Feuer und Eis": Ganztägige Exkursion ins Wallis
http://plantbiology.unibas.ch/teaching/pflanzenphysiologie/
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 4
"Feuer und Eis": Ganztägige Exkursion ins Wallis
http://plantbiology.unibas.ch/teaching/pflanzenphysiologie/
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 5
"Feuer und Eis": Ganztägige Exkursion ins Wallis
http://plantbiology.unibas.ch/teaching/pflanzenphysiologie/
Heute!
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 6
Frage der Woche:
Können Bäume in den Himmel wachsen?
Können Bäume in den Himmel wachsen?
Skript - p. 62
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 7
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?
Frage der Woche
Können Bäume in den Himmel wachsen?
Skript - p. 62
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 8
Eucalyptus regnans (Australien)
Eucalyptus regnans
Skript - p. 62
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 9
Pseudotsuga menziesii (Douglasie, Nordamerika)
Pseudozuga menziesii
Skript - p. 62
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 10
Sequoia sempervirens (Mammutbaum, Nordamerika)
Sequoia sempervirens
Skript - p. 62
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 11
"Chandelier tree", Drive-Thru-Tree-Park, California
Sequoia sempervirens
Bild aus dem WWW
Height: 315 ft.Diameter: 21 ft.
Age: 2400 years
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 12
Nature, 22.April 04
"Headline" in der Wissenschafts-Zeitschrift NATURE
Nature 428, 851-855 (2004)
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 13
Stratospheric Giant
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)
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 14
Variation physiologischer Parameter
Höhenabhängige Variation physiologischer Parameter
Koch et al., Nature 428, 851-855 (2004)
Nature 428, 851-855 (2004)
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 15
Variation der Blätter
Höhenabhängige Variation der Blattstruktur
Koch et al., Nature 428, 851-855 (2004)
Nature 428, 851-855 (2004)
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 16
Epiphytischer Baum
Höhenabhängige Variation der Blattstruktur (2)
Nature 428, 851-855 (2004)
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 17
Limits to growth ...
"Limits to growth" - Grenzen des Wachstums für Bäume
Nature 428, 851-855 (2004)
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 18
6. Und sie bewegt sich doch!Eppur si muove ...
Blüte der Mimosa pudica Henri Matisse
"Mimosa", 1949
Eppur si muove ...
Skript - p. 63
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 19
Pilobolus, Schema
Sporangium, mit Sporen gefüllt
Sporangienträger: unter Hochdruck!
Abschuss-Vorrichtung von Pilobolus und Sphaerobolus
Explosions-Bewegung
Nicht im Skript
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 20
Das Experiment von Holly Jolivette (1910):Kann Pilobolus in Bildern sehen?
Experiment von Holly Jolivette
Skript - p. 12
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 21
Resultat des Experiments
Resultat des Experiments
Skript - p. 12
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 22
Begriffe der Bewegungsphysiologie
Begriffe der Bewegungsphysiologie
Explosionsbewegung (Sporen, Samen)
Taxis: Topotaxis, Phobotaxis (Bakterien, Ciliaten) - positiv: auf den Reiz hin - negativ: vom Reiz weg
Bewegungen von festsitzenden Pflanzen
Tropismus: ″zielgerichtete″ Bewegung - positiv: auf den Reiz hin - negativ: vom Reiz weg
Nastie: Bewegung mit vorgegebener Richtung
Freie Ortsbewegung
Skript – p. 63
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 23
Freie Ortsbewegung bei Einzellern
Freie Ortsbewegung bei Einzellern
Bakterien-Flagellum: Erfindung des Rades in der Natur
Eukaryoten-Geissel: Fortbewegung mit Schwimmzügen
Flagellum extrazellulär
Baustein: Flagellin(= Protein )
Geissel "intrazellulär" (d.h. von Membran umgeben)
Komplizierte Bauweise und Funktion
Skript - p. 64
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 24
Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel (I)
Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel: EM quer
Plasma-Membran
Neun periphere Doppel-Mikrotubuli
Zwei zentrale Mikrotubuli
Dynein-Arme = Antriebsmotor
Radiale Speichen
Skript - p. 64
100 nm
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 25
Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel (II)
Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel: EM längs
Basal-Körper
Skript - p. 64
100 nm
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 26
Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel (III)
Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel: Schema
Bewegung nach dem Prinzip der "gleitenden Filamente"
Skript - p. 64
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 27
Chemotaxis
Chemotaxis
Topotaxis: gezielte Bewegung entlang von Gradienten
Phobotaxis: Zickzack-Kurs, unterschiedliche Frequenz des Kurswechsels
Taxis = freie Ortsbewegung, gesteuert durch die Richtung eines Umweltreizes
Skript - p. 65
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 28
Lockstoff-Chemie: Braunalgen
Gametenlockstoffe bei Braunalgen
Hohe Spezifität und Sensitivität (Schwellenwert < 10-9 M)
Ungesättigte Kohlenwasserstoffe
Skript - p. 65
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 29
Lockstoff-Chemie: Grünalgen, Pilze
Gametenlockstoffe bei Grünalgen (B) und Pilzen (C)
Hohe Spezifität und Sensitivität (Schwellenwert < 10-9 M)
Skript - p. 65
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 30
Phototaxis
Phototaxis
Positive Topotaxis
"Stigma":Carotinoide
Photorezeptor :Retinal
Beschattungs-Prinzip: Richtungsänderung bei Beschattung des Photorezeptors
Skript - p. 65
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 31
Magnetotaxis
Magnetotaxis
Orientierung im Magnetfeld mit Hilfe von "Magnetosomen"
Skript - p. 65
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 32
Phototropismus: Farn-Chloronemen
Phototropismus
Skript - p. 66
Tropismus: ″zielgerichtete″ Bewegung!
Zeit 0: Wechsel der Lichtrichtung!
Nach 2 Tagen Scharfer Knick!
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 33
Wachstumsbewegungen: Tropismen
Positiver Phototropismus
Negativer Phototropismus
Wachstumsbewegungen
Skript - p.66
Wieso nicht so?
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 34
Phototropismus: Halbseiten-Beleuchtung
Experiment: Lichteinfall senkrecht von oben
Schnelleres Wachstum auf der "Schatten-Seite"
Differentielles Flankenwachstum
Natürliche Situation:Lichteinfall von linker Seite
Beschattungspigmente
Rezeptoren auf der "Lichtseite" stärker aktiviert als auf der "Schattenseite"
Querverlagerung von Auxin: von "Lichtseite" auf "Schattenseite"
Phototropismus
Skript - p. 66
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 35
Typisches Wirkungsspekrum des Phototropismus
Wachstumsbewegungen
Maximale Wirkung:~ 450 nm
Blaulicht-Rezeptor!
Skript - p. 66
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 36
Phototropismus: Querverlagerung von Auxin
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
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 37
Phototropismus: Differentielles Flankenwachstum
Phototropismus und Querverlagerung von Auxin
Skript - p. 67
Auxin-Querverlagerung
mehr Auxin
weniger Auxin
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 38
Gravitropismus: Bau der Wurzel
Gravitropismus der Wurzel: Wurzelhaube als Sensor
Skript - p. 68
Wurzelhaube(Kalyptra)
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 39
Gravitropismus: Statocyten und Statolithen (I)
Statocyten in der Wurzelhaube
Wo wird der Reiz in der Wurzel wahrgenommen?
Wie wird der Reiz wahrgenommen?
Statolithen-Stärke
ER = distales ER
Reizwahrnehmung beruht auf Druck der Statolithen auf das distale ER
Gravitropismus
Skript - p. 68
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 40
Gravitropismus: Statocyten und Statolithen (II)
Prinzip:Absinken der Statolithen-Stärke entlang des Schwerkraftvektors
Symmetrische Verteilung des Drucks auf das "distale ER"
Druck auf dER nimmt ab
Druck auf dER nimmt zu
Asymmetrische Verteilung des Drucks auf das "distale ER"
Statocyten und Statholithen
Skript - p. 69
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 41
Gravitropismus des Sprosses: Querverlagerung von Auxin
Statocyten und Statholithen
Skript - p. 69
Auxin-Querverlagerung
Wichtig: basipetaler Transport von Auxin!
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 42
Gravitropismus: Differentielles Flankenwachstum
Statocyten und Statholithen
Skript - p. 69
mehr Auxin
weniger Auxin
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 43
Beispiel für eine Turgor-Bewegung:Öffnung und Schliessung der Spaltöffnung
Wenig gelöste Stoffe in der Vakuole (wenig negatives osmotisches Potential)
Turgordruck gering
Spaltöffnung geschlossen
Viel gelöste Stoffe in der Vakuole (stark negatives osmotisches Potential)
Turgordruck hoch
Spaltöffnung offen
Turgor-Bewegung: Spaltöffnung
Skript - p. 70
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 44
Schliessung der Spaltöffnung: Bedeutung von ABA
Kein Effekt von ABA auf Nebenzellen
ABA bewirkt Absinken des osmotischen Potentials in den Schliesszellen
Plasmolyse-Versuch
ABA und Stomata
Skript - p. 70
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 45
Öffnung der Spaltöffnung: Bedeutung von Kalium-Fluss
Spaltöffnung geschlossen Spaltöffnung offen
Wenig Kalium in Schliesszellen Viel Kalium in
Schliesszellen
Öffnung der Stomata
Skript - p. 70
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 46
Schnelle Bewegung der Fiederblätter der Mimose
Blattgelenk (Pulvinus):
Leitelemente und Festigungsgewebe im Zentrum
Dünnwandiges, dehnbares "Ziehharmonikagewebe" an der Peripherie
Mimose: Anatomie
Begriff "Nastie":Bewegung unabhängig von Reiz-Richtung.
Hier: "Seismonastie"
Skript - p. 71
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 47
Schnelle Bewegung der Fiederblätter der Mimose
"Aktions-Potential"
Mimose: Schnelle Bewegung
Skript - p. 71
(ergibt Potentialdifferenz zwischen Phloem und Referenz-Elektrode)
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 48
Mimose: Aktionspotential
Aktionspotential
Ruhe-Potential (innen negativ)
Depolarisierung
Repolarisierung
Öffnen von Ionenkanälen
Nicht im Skript
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 49
Ranke Vitis
Skript - p. 72
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.
Wer kann Berührungen 100x empfindlicher wahrnehmen?
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 50
Ranke Vitis
Ranke der Weinrebe
Skript - p. 72
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 51
Ranke Bryonia
Ranke der Zaunrübe
Umkehrpunkt
Skript - p. 72
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 52
Ranke Bryonia
Ranke der Zaunrübe: Umkehrpunkt
Skript - p. 72
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 53
Impatiens
Skript - p. 73
Explosionsbewegung: Impatiens noli-tangere
Frucht vor Samen-Abschuss Frucht nach Samen-Abschuss
ca. 5 msec
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 54
Ecballium elaterium I
Skript - p. 73
Explosionsbewegung: Ecballium elaterium
Samen fliegen bis 12 m weit!
ca. 100 msec
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 55
Ecballium elaterium II
Skript - p. 73
Explosionsbewegung: Ecballium elaterium
Sollbruchstelle
Innen-Druck: ca. 15 bar!
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 56
... 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?
Frage der Woche
Skript - p. 74
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 57
Fiederblätter der Mimose vor der Berührung
Fiederblätter der Mimose vor der Berührung
Skript - p. 74
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 58
Fiederblätter der Mimose nach der Berührung
Fiederblätter der Mimose nach der Berührung
Skript - p. 74
Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 59
Mimosen-Population am natürlichen Standort
Mimosen-Population in Kerala
Skript - p.74
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?