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Pflanzenphysiologie 07 (26. 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 07 (26. April 2010) - 2
Ankündigung Exkursionen
Programm der Feldstudien für die nächste Woche
Di
Mi
Do
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 3
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?
Frage der Woche
Skript - p. 74
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 4
Fiederblätter der Mimose vor der Berührung
Fiederblätter der Mimose vor der Berührung
Skript - p. 74
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 5
Fiederblätter der Mimose nach der Berührung
Fiederblätter der Mimose nach der Berührung
Skript - p. 74
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 6
Mimosen-Population am natürlichen Standort
Mimosen-Population in Kerala
Skript - p. 74
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?
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 7
7. Geprägte Form, die lebend sich entwickelt
, Dämon
Wie an dem Tag, der dich der Welt verliehen,Die Sonne stand zum Gruße der Planeten,Bist alsobald und fort und fort gediehenNach 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 zerstückeltGeprägte Form, die lebend sich entwickelt.
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)
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 8
"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.
(...)
Geprägte Form, die lebend sich entwickelt
J. W. von Goethe, 1798
J. W. von Goethe (1749 - 1832), Porträt von Angelika Kauffmann, 1788
(nicht im Skript)
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 9
Geprägte Form, die lebend sich entwickelt ...
Geprägte Form, die lebend sich entwickelt
(nicht im Skript)
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 10
Das Bild der Pflanze ...
Kürzlich erschienen im Mayer Verlag (Stuttgart/Berlin, 2002)
Bild der Pflanze in Wissenschaft und Kunst
(nicht im Skript)
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 11
Die "Urpflanze" von J. W. Goethe
Notizblatt von Goethe Lehrbuchdarstellung aus Strasburger, 1999
Urpflanze von Goethe
(nicht im Skript)
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 12
Skizze der Urpflanze vonJoseph Beuys (1977)
Urpflanze von Beuys
(nicht im Skript)
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 13
Paul Klee, Flora am FelsenKunstmuseum Bern, 1940
Paul Klee: Flora am Felsen
(nicht im Skript)
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 14
Mitose-Aktivität und Organbildung
Wachstum durch Zellteilung und Differenzierung
kein Auxin
oderkein Kinetin
oderweder noch
viel Auxinviel Kinetin
viel Auxinwenig Kinetin
wenig Auxinviel Kinetin
........ nach einigen Wochen ........
Konzept der Hormon-Balance!
Stengel-Mark von Tabak
Basales Nährmedium:ZuckerMineralsalze
+ Hormone
Mitose-Aktivität und Organbildung
Skript - p. 76
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 15
Entdeckung des Wachstumshormons "Auxin"
Wachstum durch Zellstreckung
Paradebeispiel: Die Koleoptile wächst nur durch Zellstreckung
"Dekapitierung" der Koleoptile
Streckungs-wachstum von isolierten Koleoptilen
Zuwachs
Zuwachs
Agarblock
Schlussfolgerung: aus der Koleoptilspitze diffundiert ein Wuchsstoff in den Agarblock
KontrolleZuwachs
Entdeckung von Auxin
Skript - p. 76
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 16
Zur Erinnerung: Phototropismus
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 07 (26. April 2010) - 17
Auxin: Basipetaler Transport
Hormon-Konzept
Bildung des Hormons im Gewebe A
Wirkung des Hormons im Gewebe C
Transport des Hormons via Gewebe B
Förderung des primären Sprossmeristems
Spross: viel Auxin fördert Streckungswachstum
Wurzel: viel Auxin hemmt Streckungswachstum
Wichtig: Multiple Wirkung von Pflanzenhormonen!
Auxin: Basipetaler Transport
Skript - p. 76
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 18
"Totipotenz" von Pflanzenzellen (1)
Differenzierte Phloem-Parenchymzellen
De-Differenzierung
Embryoide
Erwachsene Pflanze
Erwachsene Pflanze "Ruby"
Klon von "Ruby"
Reversible Differenzierung der Pflanzenzellen
- Keine Trennung von "Soma" und "Keimbahn"!
- Keine Stammzellen!
- Klonierung ist bei Pflanzen ein natürlicher Prozess!
Totipotenz der Pflanzenzellen
Skript - p. 77
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 19
Direkter Gen-Transfer(Inkorporierung eines Stücks Fremd-DNA in die Einzelellen)
Potrykus und Paszkowski, 1983(FMI Basel)
Klonale Vermehrung von Tabak "in vitro"
Resultat: "Transgene" Pflanze
Totipotenz der Pflanzenzellen
"Totipotenz" von Pflanzenzellen (2)
Skript - p. 77
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 20
Ingo Potrykus und der "Golden Rice"
Aus dem WWW; nicht im Skript
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 21
Phytohormone
Totipotenz der Pflanzenzellen
Skript - p. 78
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 22
Auxin
Totipotenz der Pflanzenzellen
Skript - p. 78
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
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 23
Cytokinine
Totipotenz der Pflanzenzellen
Skript - p. 78
Zeatin, ein Adenin-Derivat (=Purin)
(kann auch in andern Organen synthetisiert werden)
Wichtig:Multiple Funktionen!
Wirksame Dosis (EC50):
ca. 10-8 - 10-7 M
Wichtig:Zusammenspiel mit Auxin in der Differenzierung!(Hormon-Balance)
x
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 24
Gibberelline
Totipotenz der Pflanzenzellen
Skript - p. 78
Gibberellin, ein Diterpen
(entdeckt als Wirkstoff des pathogenen Pilzes Gibberella fujikuroi)
Wichtig:Multiple Funktionen!
Wirksame Dosis (EC50):
ca. 10-8 - 10-7 M
Wichtig:Gegenspieler von ABA bei der Samenkeimung!(Hormon-Balance)
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 25
Abscisinsäure (ABA)
Totipotenz der Pflanzenzellen
Skript - p.78
Abscisinsäure, ABA(ein Sesquiterpen)
(kann auch in andern Organen synthetisiert werden)
Wichtig:Multiple Funktionen!
Wirksame Dosis (EC50):
ca. 10-7 - 10-6M
Wichtig:Gegenspieler von GA bei der Samenkeimung!(Hormon-Balance)
keine Funktion beim Blattfall (Abscission)
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 26
Ethylen
Totipotenz der Pflanzenzellen
Skript - p. 78
Ethylen, ein einfacher Kohlenwasserstoff
Wichtig:Als "Stresshormon" in allen Organen gebildet!
Wichtig:Multiple Funktionen!
Wirksame Dosis (EC50):
ca. 10-10 - 10-9 M
Wichtig:Zusammenspiel mit Auxin beim Blattfall!(Hormon-Balance)
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 27
Brassinolide
Totipotenz der Pflanzenzellen
Skript - p. 78
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
fördern Sprosswachstum
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 28
Skotomorphogenese und Photomorphogenese
"Etiolement", "etiolierter Keimling"
Hypokotyl gestreckt
"Haken" geschlossen
"De-Etiolierung": Anthocyan-Bildungin Subepidermis
Photomorphogenese
Skript - p. 79
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 29
Belichtung und Anthocyanbildung bei Senf-Keimlingen
Anthocyan-Bildung = "Marker" für De-etiolierung
Kontrolle im Dunkeln (nicht gezeigt)
Hellrot-Puls
oder Hellrot-Puls, gefolgt von Dunkelrot-Puls
Dunkelrot-Puls
Photoreversion!
Anthocyan-Bildung bei Senf-Keimlingen
Skript - p. 79
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 30
Das Phytochrom-System (1)
Hellrot-Licht (HR, 665 nm)
Dunkelrot-Licht (DR, 730 nm)
Phytochrom in der Pr-Form akkumuliert im Dunkel
Phytochrom in der Pfr-Form ist aktiv
z.B. Anthocyan-Bildung ("Marker")
Phytochrom-System 1
Skript - p. 80
Photoreversion!
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 31
Das Phytochrom-System (2)
Absorptionsspektren Wirkungsspektren
Differenz-Spektrum
Phytochrom-System 2
Skript - p. 80
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 32
Experimentelle Bestimmung des Wirkungsspektrumsz.
B.
An
tho
cyan
-Geh
alt
("M
arke
r")
F = Quantenmenge = "Quantenfluss" x Zeit
= 666 nm = 600 nm
z.B. 50% der maximalen Antwort
Wirkungsspektrum
Skript - p. 80
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 33
"Phytochrom-Verhältnis"
Maximum: ca. 0.8
Minimum: ca. 0.01
Phytochrom-Verhältnis
Skript - p. 81
Steiler Abfall zwischen 680 und 720 nm
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 34
Phytochrom: Struktur des Chromophors
Protein mit ca. 1200 Aminosäuren (MW = 120 kDa)
Prosthetische Gruppe (kovalent gebunden)
Chromophor in der Pr-Form: "offen"
Chromophor in der Pfr-Form: "geschlossen"
Reversible
Konformationsänderung
Phytochrom - Struktur des Chromophors
Skript - p. 81
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 35
Phytochrom: Hypothese zur Signaltransduktion
Modell: Konformationsänderung des Chromophors bewirkt Konformationsänderung des Proteins!
Phytochrom: Signaltransduktion
Skript - p. 81
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 36
Pfropfung
"Geissfuss"-Technik "Kopulieren"
Unterlage (engl. "stock")
"Edelreis" (engl. "scion")
Pfropfung - allgemein
Skript - p. 82
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 37
Pfropfung: Sektorialchimären
Nachtschatten (Solanum nigrum)
Tomate (Lycopersicon esculentum)
Chimären-Blatt
Chimären-Pflanze
Pfropfung - Sektorialchimären
Skript - p. 82
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 38
Pfropfung: Periklinalchimären
Nachtschatten Nachtschatten mit "Haut von Tomate"
Tomate Tomate mit "Haut von Nachtschatten"
Solanum tubigense
Solanum koelreuterianum
Solanum nigrum
Lycopersicon esculentum
Pfropfung - Periklinalchimären
Skript - p. 82
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 39
Blühinduktion und Photoperiodizität (1)
Senf: Langtagpflanze
Prachtwinde: Kurztagpflanze
Blühinduktion, Photoperiode (1)
Skript - p. 83
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 40
Blühinduktion und Photoperiodizität (2)
Kurz- und Langtagpflanzen bei nah verwandten Spezies
Pfropf-Experiment mit Sedum (LTP) und Kalanchoë (KTP); Pflanzen im Kurztag gehalten
Unterlage beblättert >> Blühstimulus ok!
Unterlage entblättert >> Blühstimulus fällt aus!
Florigen =Blühhormon
Blühinduktion, Photoperiode (2)
Skript - p. 83
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 41
Blühinduktion und Photoperiodizität (3)
Störlicht mitten in der Nacht
Stördunkel mitten am Tag
Die Pflanzen messen die (ununterbrochene) Nachtlänge!
>> die Nachtwird "kurz"!
Kein Effekt!
KT
LT
KT
LT
"Langnacht-Pflanzen"
"Kurznacht-Pflanzen"
Blühinduktion, Photoperiode (3)
Skript - p. 83
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 42
Blühinduktion und Photoperiodizität (4)
8 h Weisslicht8 h Weisslicht+ 1 min HR inmitten der Nacht
8 h Weisslicht+ 1 min HR + 1 min DR inmitten der Nacht
Experimente mit der Kurztagpflanze ("Langnacht-Pflanze") Kalanchoe blossfeldiana
Blühinduktion, Photoperiode (4)
>> Messung der Nachtlänge mittels Phytochrom
Skript - p. 83
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 43
Blüh-Induktion und innere Uhr
Blüh-Induktion und innere Uhr
Optimale Wirkung des Störlichts in der Mitte der Dunkelperiode!
Skript - p. 84
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 44
Endogene Rhythmik: Pfeffersche Apparatur
Apparate von Pfeffer zur Messung der Blattstellung
Skript - p. 84
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 45
Endogene Rhythmik: Blattbewegungen
Endogene Rhythmik der Blattbewegungen (Pfeffer)
Skript - p. 84
Blattbewegung geht im Dauerdunkel weiter!
Blattbewegung geht im Dauerlicht weiter!
Periodizität der "inneren Uhr": ca. 20 h!
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 46
... 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?
Wieso wird der Senf rot?
Skript - p. 75
Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 47
En Guete!