PowerPoint PresentationTitel
Pflanzenphysiologie
Im innersten zusammenhält,
Titel
Pflanzenphysiologie
Im innersten zusammenhält,
Drum hab ich mich der Magie ergeben,
Ob mir durch Geistes Kraft und Mund
Nicht manch Geheimnis werde kund,
Dass ich nicht mehr mit saurem Schweiss
Rede von dem, was ich nicht weiss,
Dass ich erkenne, was die Welt
Im Innersten zusammenhält,
Und tu nicht mehr in Worten kramen.
Faust
Internet: Abteilung Pflanzenphysiologie
http://plantbiology.unibas.ch/
Internet: Teaching
http://plantbiology.unibas.ch/teaching/teaching.htm
Internet: Pflanzenphysiologie
Internet: Programm der Vorlesung
Internet: Pflanzenphysiologie
pflanzenphysiologie
boller
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Internet: Teaching
http://plantbiology.unibas.ch/teaching/teaching.htm
Internet: Pflanzenbiologische Studien
Internet: Pflanzenbiologische Studien
Internet: Teaching
http://plantbiology.unibas.ch/teaching/teaching.htm
Agrarökologie und Nachhaltigkeit
Andres Wiemken
Internet: Teaching
http://plantbiology.unibas.ch/teaching/teaching.htm
Praktikum in Pflanzenphysiologie
Details Praktikum in Pflanzenphysiologie
Praktikum in Pflanzenphysiologie: Details
Blockkurs Pflanzenphysiologie
Pflanzenphysiologie 01 (1. März 2010) - *
Blockkurs Pflanzenphysiologie: Details
erste acht Wochen des Herbstsemesters 2010
Die Feldwoche in Sent wird doppelt geführt:
13. - 18. September 2010 (= vor Semesterbeginn)
20. - 25. September 2010 (= erste Semesterwoche)
Labor-Teil des Blockkurses:
Prüfung:
Internet: Pflanzenphysiologie
Einführungs-Fragen
Wer kann Berührungen hundertmal empfindlicher wahrnehmen als wir mit unsern Fingerspitzen?
Wer lebt allein von Licht und Luft?
Wer wird hundertmal älter als wir?
Es ist leicht zu erraten: Die Pflanzen!
Einführende Fragen
Wer kann Berührungen hundertmal empfindlicher wahrnehmen als wir mit unsern Fingerspitzen?
Wer lebt allein von Licht und Luft?
Wer wird hundertmal älter als wir?
Frage: Fühligkeit
Einführende Fragen
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.
Ranken
Wer kann Berührungen hundertmal empfindlicher wahrnehmen als wir mit unsern Fingerspitzen?
Wer lebt allein von Licht und Luft?
Wer wird hundertmal älter als wir?
Frage: Licht und Luft
Einführende Fragen
Pflanzenphysiologie 01 (1. März 2010) - *
Tillandsia usneoides, das "Spanische Moos", lebt buchstäblich von Luft und Licht. Diese Pflanze aus der Familie der Bromeliaceae hat keine Wurzeln. Dafür absorbiert sie den Morgentau über spezielle Blattdrüsen.
Tillandsia usneoides
Wer kann Berührungen hundertmal empfindlicher wahrnehmen als wir mit unsern Fingerspitzen?
Wer lebt allein von Licht und Luft?
Wer wird hundertmal älter als wir?
Frage: Wer wird hundertmal älter als wir?
Es ist leicht zu erraten: Die Pflanzen!
Einführende Fragen
Pflanzenphysiologie 01 (1. März 2010) - *
Pinus longaeva in den White Mountains an der Grenze zwischen Kalifornien und Nevada - mehrere tausend Jahre alt und immer noch blühend (wenigstens teilweise ...)
Pinus longaeva
Wer kann Berührungen hundertmal empfindlicher wahrnehmen als wir mit unsern Fingerspitzen?
Wer lebt allein von Licht und Luft?
Wer wird hundertmal älter als wir?
Die Pflanzen haben schon vor Urzeiten das "Internet" erfunden: Zusammen mit Pilzen etablierten sie das sogenannte WWW (Wood-Wide Web): Im Wald sind die Bäume über Pilzbrücken miteinander verbunden und können auf diese Weise miteinander kommunizieren.
Und wer hat das WWW erfunden? Natürlich die Pflanzen!
PS: WWW
Einführende Fragen
Pflanzenphysiologie 01 (1. März 2010) - *
In unsern Wäldern sind die ausgewachsenen Bäume und ihre Sämlinge über ein unter-irdisches Netz von Mykorrhiza-Pilzen ("Wood-Wide Web", WWW) verknüpft. Die erwach-senen Bäume können via das WWW kommunizieren und möglicherweise die Sämlinge und Jungpflanzen ernähren.
Wood-Wide Web
Titelseiten Skript
Lehrbücher (Strasburger, Lüttge, Nultsch)
Lehrbücher (Bild)
Weitere Lehrbücher
Lehrbücher (Synopsis)
Skript, p. 4
I. EINLEITUNG
Rückblenden: Enzyme als Biokatalysatoren und zentrale Funktionsträger von Lebens-prozessen. Vom Gen zum Enzym: das zentrale Dogma der Biologie.
Einleitung
Vergleich Reizempfindlichkeit
Phycomyces blakesleeanus als Modell-Objekt
I feel that if I make a serious experimental research effort (necessarily a very strenuous exercise) it should be in Phycomyces. I am still convinced that Phycomyces is the most intelligent primitive eukaryote and as such capable of giving access to the problems that will be central in the biology of the next decades. If I drop it, it will die. If I push it, it may yet catch on as phage... caught on. Since I invested 25 years in this venture I might as well continue. I do not expect to make great discoveries, but If I continue to do the spade work my successors may do so.
Max Delbrück (Nobel Prize 1969), on his seventieth birthday
Phycomyces / Delbrück
Wachstum in diffusem Licht
Phycomyces blakesleeanus als Modell-Objekt
Phycomyces blakesleeanus als Modell-Objekt
Phycomyces blakesleeanus als Modell-Objekt
Phycomyces: Skript
Skript, p. 7
Reizempfindlichkeit: Auge, Ohr
Skript, p. 6
Gesichtssinn
Photo-
rezeptor
100 Lichtquanten für das Auge bzw. 10 Lichtquanten, die von der Retina absorbiert werden (McBurney und Collings, 1977). Für eine dunkel-adaptierte Stäbchenzelle: 1 Lichtquant (Hecht et al., 1942)
Phycomyces-Sporangiophor: 500 Lichtquanten, 440 nm Wellenlänge (Bergman et al., 1969)
Samen von Salat (Lactuca sativa), Keiminduktion: 7 Lichtquanten, 660 nm Wellenlänge (Blaauw et al., 1976)
Gehörsinn
Audio-rezeptor
0.2 10-6 Pa (ca. 10-9 mbar), d.h. eine Grössen-ordnung über der Brown-schen Bewegung von Flüssigkeitsmolekülen in der Endolymphe, die das innere Ohr ausfüllt (Davis, 1959)
bis heute nicht nachgewiesen
Chemischer Sinn: Pflanzliche Zellkulturen als Modell-Objekt
Chemischer Sinn: Elicitoren
Chemischer Sinn: Pflanzliche Zellkulturen als Modell-Objekt
Dosis-Wirkungskurve für die Alkalinisierungsantwort in Abhängigkeit der Konzentration von Chitinbruchstücken
Chitin als Elicitor
Resultat der Forschungsarbeit: Originalpublikation
Resultat der Forschung: Originalpublikation
Beispiel:
Felix et al. (Plant Journal 4, 307 – 316, 1993) wurde bis heute 209mal zitiert
Nicht im Skript
Reizempfindlichkeit: Zunge, Nase
Ein Champignon, gut gemixt, im Schwimmbad zu St. Jakob aufgelöst
Chitinkonzentration liegt immer noch 100fach über der Reizschwelle!
Vergleich der Reiz-Empfindlichkeit von Mensch und Pflanze
Skript, p. 6
Geschmacks-sinn
Chemo-rezeptor
Tomatenzellen: 10-13 M Chitinbruchstücke (Boller, 1995)
Geruchssinn
Chemo-rezeptor
Tomatenpflanzen: 10-12 M Ethylen (Abeles, 1992)
Pflanzenphysiologie 01 (1. März 2010) - *
Drüsenhaare von Sonnentau (Drosera rotundifolia)
Sonnentau (Drosera rotundifolia)
Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula)
Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula)
Venusfliegenfalle in action
Fütterung des Greifvogels, pardon, der "Greifpflanze" ...
Pflanzenphysiologie 01 (1. März 2010) - *
..., die Pflanze, die auf zwei zählen kann!
Fühlborsten Dionaea
 
(nach W. Shropshire, in Encyclopedia of Plant Physiology, Haupt und Feinlieb, Herausgeber, 1979, verändert)
Vergleich der Reiz-Empfindlichkeit von Mensch und Pflanze
Reizempfindlichkeit: Berührung, Temperatur, Gleichgewicht
Skript, p. 6
Tastsinn
Sonnentau: 0.32 mg Belastung auf Drüsenhaare (Darwin, 1896)
Temperatur-sinn
Thermo-rezeptor
0.001 °C s-1 Temperaturänderung auf der Haut (Hardy und Oppel, 1937)
0.0004 °C Temperaturgradient durch das Pseudoplasmodium von Dictyostelium discoideum (Poff und Skokut, 1977)
Gleich-gewichtssinn
Gravi-rezeptor
Pflanzenphysiologie 01 (1. März 2010) - *
Gleichgewichtssinn: Wurzelspitzen
Gravitropismus
 
(nach W. Shropshire, in Encyclopedia of Plant Physiology, Haupt und Feinlieb, Herausgeber, 1979, verändert)
Vergleich der Reiz-Empfindlichkeit von Mensch und Pflanze
Reizempfindlichkeit: Berührung, Temperatur, Gleichgewicht
Tastsinn
Sonnentau: 0.32 mg Belastung auf Drüsenhaare (Darwin, 1896)
Temperatur-sinn
Thermo-rezeptor
0.001 °C s-1 Temperaturänderung auf der Haut (Hardy und Oppel, 1937)
0.0004 °C Temperaturgradient durch das Pseudoplasmodium von Dictyostelium discoideum (Poff und Skokut, 1977)
Gleich-gewichtssinn
Gravi-rezeptor
Pflanzenphysiologie 01 (1. März 2010) - *
Rückblende 1: Enzyme als Biokatalysatoren und zentrale Funktionsträger von Lebensprozessen
 
Die zentralen Funktionsträger der Lebensprozesse in jeder Zelle sind die Enzyme. Enzyme, in aller Regel Proteine (Eiweisse), sind hochspezifische Biokatalysatoren. Sie katalysieren nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip die Umsetzung von ganz bestimmten Substraten in ganz bestimmte Produkte. Ein Beispiel dafür ist die Invertase, welche die Spaltung des Zuckers Saccharose in ihre Grundbausteine Fructose und Glucose katalysiert.
Rückblende: Enzyme
Rückblende 1
Schema Enzym-Katalyse
"induced fit"
Lineweaver-Burk-Plot
Allosterisches Verhalten des Enzyms:
Skript, p. 8
Aufbau der Aminosäuren
Skript, p. 9
Primär- und Sekundärstruktur
4 Aminosäuren:
Pflanzenphysiologie 01 (1. März 2010) - *
 
Die Lebensäusserungen jeder Zelle sind in ihren Genen festgelegt. Das “zentrale Dogma” der Biologie hält fest, dass die Gene durch lineare Abschnitte der DNA (Desoxyribo­nukleinsäure) der Zelle repräsentiert werden. Bei Eukaryonten (Pflanzen, Tiere, Pilze) ist der Hauptteil der DNA im Zellkern lokalisiert. Diese DNA kann als “Blueprint” (Bauanleitung) für die Zelle betrachtet werden. Die Information wird im Zellkern in die sogenannte mRNA (Messenger-Ribonukleinsäure) umgeschrieben (Transkription) und ins Cytoplasma exportiert. Dort wird die mRNA an den Ribosomen “abgelesen” und in ein Protein “übersetzt” (Translation). Der Königsweg des zentralen Dogmas kann wie folgt charakterisiert werden:
DNA mRNA Enzym (Protein)
Schema zentrales Dogma
Skript, p. 10
Skript, p. 10
Doppel-Helix
Basenpaarung
Purin-Basen
Pyrimidin-Basen
Transkription
Translation an Ribosomen
Skript, p. 12
David Dusenbery
(Georgia Institute of Technology) ...
... wrote a book on "Life at small scale", published in the Scientific American Library.
Buch von Dusenbery
Verhaltensbiologie bei Mikroorganismen
Skript, p. 12
Pilobolus, Schema
Aus dem Buch von Dusenbery (Life at small scale)
Sporangium, mit Sporen gefüllt
Pilobolus, Bild
Pilobolus umbonatus
Pflanzenphysiologie 01 (1. März 2010) - *
Pilobolus, Bild vergrössert
Pilobolus umbonatus: Abschuss-Vorrichtung
Sporangium, mit Sporen gefüllt
Das Experiment von Hally Jolivette (1910):
Auf welche Weise zielt Pilobolus aufs Licht?
Experiment von Hally Jolivette
Resultat des Experiments
Resultat des Experiments
Skript, p. 12
Das Experiment von Hally Jolivette (1910):
Auf welche Weise zielt Pilobolus aufs Licht?
Experiment von Hally Jolivette
6.unknown
Zierkirsche "Hally Jolivette", benannt von Karl Sax (Direktor des Arnold Arboretum) nach dem "maiden name" seiner Frau
Wer war Hally Jolivette?
Sporangienträger nach Wachstum in diffusem Licht
Zur Frage der Woche: Phycomyces blakesleeanus
Phycomyces / diffuses Licht
Phycomyces blakesleeanus und der siebte Sinn
Phycomyces und der siebte Sinn
Skript, p. 12
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?
Frage der Woche: Phycomyces