Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 1 Titel Pflanzenphysiologie Thomas Boller Frühjahrsemester 2010 Montag, 8 – 10

Pflanzenphysiologie 02 (8. März 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 ...


Internet: Teaching

Feldstudien 2010: Events der Woche

Fr, ganzer TagSa, Nachmittag

Mi, Abend


Internet: Teaching

Feldstudien 2010: Pflanzenbiologische Studien V


Internet: Teaching

Feldstudien 2010: Pflanzenbiologische Studien V


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

Skript, p. 12

Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 6Skript, p. 13

Rückblenden - Zellbiologie


Rückblende 3: Beispiele von Zellen

Zellen von Robert Hooke

Skript, p. 15


Mikroskop von Robert Hooke

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

Matthias Schleiden, der Begründer der Zellenlehre



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."



Biographie von Matthias Schleiden

Biographie von Matthias Schleiden

1804 geboren in Hamburg1821-1826 Studium der Jurisprudenz in Heidelberg1826 Promotion zum Dr. jur., Anwalt in Hamburg1831 Suizidversuch; Aufnahme des Medizin-Studiums 1835-1839 Studium der Botanik in Berlin und Jena1840 Berufung zum Botanik-Professor in Jena1843 Erstmalige Durchführung eines "Physiologischen Praktikums"1848-1849 Politiker-Karriere während der Revolutionsjahre1850 Berufung zum Ordinarius und Direktor des Botanischen Instituts in Jena 1862 Niederlegung der Botanikprofessur; in Diensten der russischen Grossfürstin Helene Paulowna in Dresden1863 Berufung zum Professor der Anthropologie nach Dorpat1864-1881 Privatgelehrter in Dresden, Darmstadt, Wiesbaden

1881 gestorben in Frankfurt



Zellen-Quiz 1: Was zeigt dieses Bild?

Objekt:

Hefe (einzelliger Pilz)

Technik:

Elektronenmikroskopie(Gefrierätzung)

Strich = 1 Mikrometer

Dimension:

1 m

Zellen-Quiz 1 - Hefezelle

V = Vakuole

ZW = Zellwand

ZM = Zellmembran

Skript, p. 15



Objekt:

Köpfchen eines Drüsen-haars

Technik:

Elektronenmikroskopie(kontrastierterDünnschnitt)


Dimension:

10 m

Zellen-Quiz 2 - Drüsenköpfchen

Zellkern

W = Wand

C = Cuticula

Sekret

Skript, p. 15



Objekt:

Pollenkörner undNarben-Papillen

Technik:

Raster-Elektronen-mikroskopie


Dimension:

20 m

Zellen-Quiz 3 - Pollenkörner

Kontakt, Eindringen des Pollenschlauchs

Skript, p. 15



Objekt:

Brennhaar der Brennnessel(Urtica dioica)

Technik:

Skizze nach lichtmikro-skopischer Beobachtung

Strich = 0.5 mm

Dimension:

0.5 mm

Zellen-Quiz 4 - Brennhaar

Sollbruchstelle

Skript, p. 15



Objekt:

Cyanobacterium(Blaualge)

Technik:

Elektronenmikroskopie(kontrastierterDünnschnitt)

Strich = 0.5 m

Dimension:

0.5 m

Zellen-Quiz 5 - Blaualge

zw = Zellwand

th

th = Thylakoid

Skript, p. 15


Zeitpunkt (Milliarden Jahre in der Vergangenheit)

Ereignisse und Zustände

15 Urknall 15 - 5 Planetensystem, Verfestigung der Erdkruste 5 - 4 Entstehung der Urozeane 4 - 3 Chemische Evolution. Gase in der Erdatmosphäre: Wasserstoff,

Wasserdampf, Methan, Ammoniak, Schwefelwasserstoff. Erste Reaktionsprodukte: Blausäure (HCN), Harnstoff, Ethan. Daraus biologisch wichtige Moleküle: Carbonsäuren, Aminosäuren, organische Basen. Oligo- und Polymere: Lipide und Fette; Peptide; Nucleotide

3 - 2 Entstehung der Prokaryoten (Archaea, Bacteria). Evolution der Photosynthese; Giftwirkung der Sauerstoffanreicherung in der Atmosphäre

2 - 1.5 Entwicklung der Eukaryoten. Trennung der Reiche Protozoen, Pilze, Tiere und Pflanzen

Präbiotische und biotische Evolution

Präbiotische und biotische Evolution

Skript, p. 16


Hypothese zur Evolution der Organismen-Reiche(nach Lüttge, 2002, und Plattner und Hentschel, 1997 Taschenlehrbuch Zellbiologie, verändert)

Pflanzen, PLANTAE (autotroph, mit Zellwand)

Pilze, FUNGI (saprophytisch, mit

Zellwand)

Pflanzliche Eukaryotenzelle (Glykolyse, Atmung und

Photosynthese) Tiere, ANIMALIA

(verdauend, ohne Zellwand)

Protozoen, PROTISTA (verdauend, ohne Zell-

wand)

Endosymbiose mit photo- synthetisch aktiven

Cyanobakterien tierische/pilzliche Eukaryotenzelle (Glykolyse und Atmung)

Endosymbiose mit atmungs- aktiven Purpurbakterien

Ur-Eukaryot (nur Glykolyse)

Sequestrierung des Genoms: Zellkern Eubakterien

EUBACTERIA Archaebakterien ARCHAEA

Ur-Prokaryot (Urbakterium, Urzelle)

Progenot (Vorläufer von Bakterien)

Präbiotisch: Moleküle (RNA-Welt)

Hypothesen zur Evolution der Organismen-Reiche

Prokaryoten: 2 Reiche

Eukaryoten: 4 Reiche

Endosymbiose 1>>> Mitochondrien

Endosymbiose 2>>> Chloroplasten

Skript, p. 16




Rückblende 4: Membranen

Membranmodell, Singer und Nicolson

hydrophil

hydrophil

hydrophob

Skript, p. 17


Membranen in der Elektronenmikroskopie (Gefrierbruch)

Membranmodell, Singer und Nicolson

Transmembran-protein

100 nm

Skript, p. 17


Phosphatidylcholin - ein typisches Phospholipid

Bau der Lipide

amphipathisch

Skript, p. 17


Kompartimentierung der Prokaryoten-Zelle

Unkompartimentierte Bakterienzelle

Zw = Zellwand

CM = Zell-membran

CP = Cytoplasma

N = Kern-Äquivalent (o. Membran)

Skript, p. 18

Durchmesser:ca. 1 m


Kompartimentierung der Pflanzenzelle (Eukaryoten-Zelle)

Unkompartimentierte Bakterienzelle

Skript, p. 18

Zellwand

Plasmalemma

(Pro-)Plastid

Vakuole

Dictyosom

Zellkern

Mitochondrien

Durchmesser:ca. 10 m


Kompartimentierung der Pflanzenzelle (2)

Kompartimentierung der Pflanzenzelle (2)

Zellwand

Plasmalemma

Plastiden

Vakuolen

Skript, p. 18

Zellkern

Dictyosom

Mitochondrien




Rückblende 5: Zellkern und Zellteilung - Mitose

Mitose

Unveränderte Weitergabe des Erbguts; klonale VermehrungSkript, p. 19


Mitose "live" bei Haemanthus catherinae (Blutblume)

Mitose

nicht im Skript


Mitose "live": Zellteilung im Haemanthus-Endosperm

Mitose

nicht im Skript


Meiose (Reduktionsteilung, "R!")

Meiose

2n = 6 Chromosomen

1n = 3 Chromosomen

Crossing over:Austausch von Chromosomen-stücken

Durchmischung des Erbguts; Vorbereitung für die sexuelle VermehrungSkript, p. 19


Vergrösserung der Vakuole als Wachsumsmotor

Vergrösserung der Vakuole als Wachstumsmotor

Wasser als "Baustoff"

Pflanzen bestehen oft zu >95% aus Wasser!

Skript, p. 20



Vakuole

Vakuolensaft

Tonoplast

Cytoplasma

Plasmalemma

Zellwand

Skript, p. 20

osmotische Wasseraufnahme

turgorgetriebenesWachstum


Bildung der neuen Zellwand

Bildung einer neuen Zellwand

Phragmoplast

Skript, p. 20


Bau der primären Zellwand

Bau der primären Zellwand

Vernetzung der Cellulose-Mikrofibrillen durch Hemicellulosen, Pectine und Strukturproteine

Hemicellulose (Xyloglucan) RhamnogalacturonanPektin

Skript, p. 21

Calcium-Brücken


Cellulose-Synthese am Plasmalemma

Cellulose-Synthese am Plasmalemma

Rosettenförmige Cellulosesynthase-Komplexe in regelmässiger Anordnung

Skript, p. 21

0.1 m 0.1 m


Lignin: Bausteine

Lignin: Bausteine

Skript, p. 21

Phenylpropan-Derivate

Phenol

Propanol


Lignin: Struktur

Lignin: Struktur

Dreidimensionales Polymer:"Beton"

Cellulose + Lignin ="Stahlbeton"

Skript, p. 22


Wasserpotential

Das Wasserpotential

W = M + + P

Skript, p. 22


Wasserpotential

Das Wasserpotential

W = M + + P = s + P

W = - + Posmotischer Druck Turgor-Druck

Skript, p. 22


Die Pfeffersche Zelle, ein Osmometer

Pfeffersche Zelle

Skript, p. 22


Wilhelm Pfeffer, der erste Pflanzenphysiologe

Wilhelm Pfeffer



Biographie von Wilhelm Pfeffer

Biographie von Wilhelm Pfeffer

1845 geboren in Grebenstein bei Kassel 1860-1863 Lehrling in der Apotheke des Vaters1863-1865 Studium der Chemie und Physik in Göttingen1865 Promotion zum Doktor der Chemie1865-1868 Apotheker-Gehilfe in Chur; Studien zu den Laubmoosen Graubündens1869-1877 Studien in Berlin und Marburg; Extraordinarius in Bonn 1877-1878 Ordinarius für Botanik in Basel1878-1887 Ordinarius für Botanik in Tübingen1887-1920 Ordinarius für Botanik in Leipzig1891 "Handbuch der Pflanzenphysiologie" veröffentlicht1920 gestorben in LeipzigDas 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.



Die Pfeffersche Zelle, ein Osmometer

Pfeffersche Zelle

= - 2.4 bar

100 mM Saccharose= 34 g pro Liter

>>>P = 2.4 bar

Steighöhe 24 m !!

Skript, p. 22



Vakuole

Vakuolensaft

Tonoplast

Cytoplasma

Plasmalemma

Zellwand

Skript, p. 20

osmotische Wasseraufnahme

turgorgetriebenesWachstum

Aufnahme von Ionen (K+, NO3

- etc.)


Plasmolyse

Plasmolyse

Grenzplasmolyse

aussen Wasser aussen 0.5 M Zucker

Plasmolyse

W = 0

P = 11 bar:Turgordruck

= - 11 bar

aussen 1.0 M Zucker

W = -11 bar W = -22 bar

Turgeszenz

Vakuole:0.5 M gelösteStoffe

= - 22 bar

Vakuole:1.0 M gelösteStoffe

= - 11 bar

P = 0 bar P = 0 bar

Skript, p. 23


Boden-Pflanze-Atmosphäre

Boden-Pflanzen-Atmosphären-Kontinuum

Skript, p. 23

Wasser fliesst entlang des Ge-fälles von durch die Pflanze!

Schlüsselstelle: Blatt - AtmosphäreRegulierbarer Widerstand (Stomata)


Boden-Pflanze-Atmosphäre

Boden-Pflanzen-Atmosphären-Kontinuum (2)

Analogie zum Stromkreislauf

Wasserfluss:Triebkraft =Gefälle von W!

Regulierbarer "Widerstand":Spaltöffnungen!

50% Luftfeuchtigkeit-940 bar!!

Skript, p. 23


Frage der Woche: Aquaporin in Pflanzen

Wieso platzen unbehandelte Oocyten nicht, und wieso platzen die behandelten Oocyten?

Frage der Woche: Aquaporin

Skript, p. 24

Wie passt das zur Theorie der Osmose und der semipermeablen Membranen?


Expression von mRNA in Xenopus-Oocyten

Expression von mRNA in Xenopus-Oocyten (1)

Skript, p. 24

Lebenszyklus von Xenopus


Expression von mRNA in Xenopus-Oocyten

Expression von mRNA in Xenopus-Oocyten (2)

Skript, p. 24

Entnahme von Oocyten

Herstellung einer mRNA in vitro

Mikro-Injektion

Analyse der elektrophysiologischen Eigenschaften des Plasmalemmas

"Patch Clamp"

"Whole Cell"

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