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 ...
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 2
Internet: Teaching
Feldstudien 2010: Events der Woche
Fr, ganzer TagSa, Nachmittag
Mi, Abend
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 3
Internet: Teaching
Feldstudien 2010: Pflanzenbiologische Studien V
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 4
Internet: Teaching
Feldstudien 2010: Pflanzenbiologische Studien V
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 5
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
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 7
Rückblende 3: Beispiele von Zellen
Zellen von Robert Hooke
Skript, p. 15
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 8
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
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 9
Matthias Schleiden
Matthias Schleiden, der Begründer der Zellenlehre
Mägdefrau 1992; nicht im Skript
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 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
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 11
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
Mägdefrau 1992; nicht im Skript
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 12
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
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 13
Zellen-Quiz 2: Was zeigt dieses Bild?
Objekt:
Köpfchen eines Drüsen-haars
Technik:
Elektronenmikroskopie(kontrastierterDünnschnitt)
Strich = 10 Mikrometer
Dimension:
10 m
Zellen-Quiz 2 - Drüsenköpfchen
Zellkern
W = Wand
C = Cuticula
Sekret
Skript, p. 15
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 14
Zellen-Quiz 3: Was zeigt dieses Bild?
Objekt:
Pollenkörner undNarben-Papillen
Technik:
Raster-Elektronen-mikroskopie
Strich = 20 Mikrometer
Dimension:
20 m
Zellen-Quiz 3 - Pollenkörner
Kontakt, Eindringen des Pollenschlauchs
Skript, p. 15
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 15
Zellen-Quiz 4: Was zeigt dieses Bild?
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
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 16
Zellen-Quiz 5: Was zeigt dieses Bild?
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
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 17
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
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 18
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
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 19Skript, p. 13
Rückblenden - Zellbiologie
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 20
Rückblende 4: Membranen
Membranmodell, Singer und Nicolson
hydrophil
hydrophil
hydrophob
Skript, p. 17
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 21
Membranen in der Elektronenmikroskopie (Gefrierbruch)
Membranmodell, Singer und Nicolson
Transmembran-protein
100 nm
Skript, p. 17
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 22
Phosphatidylcholin - ein typisches Phospholipid
Bau der Lipide
amphipathisch
Skript, p. 17
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 23
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
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 24
Kompartimentierung der Pflanzenzelle (Eukaryoten-Zelle)
Unkompartimentierte Bakterienzelle
Skript, p. 18
Zellwand
Plasmalemma
(Pro-)Plastid
Vakuole
Dictyosom
Zellkern
Mitochondrien
Durchmesser:ca. 10 m
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 25
Kompartimentierung der Pflanzenzelle (2)
Kompartimentierung der Pflanzenzelle (2)
Zellwand
Plasmalemma
Plastiden
Vakuolen
Skript, p. 18
Zellkern
Dictyosom
Mitochondrien
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 26Skript, p. 13
Rückblenden - Zellbiologie
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 27
Rückblende 5: Zellkern und Zellteilung - Mitose
Mitose
Unveränderte Weitergabe des Erbguts; klonale VermehrungSkript, p. 19
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 28
Mitose "live" bei Haemanthus catherinae (Blutblume)
Mitose
nicht im Skript
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 29
Mitose "live": Zellteilung im Haemanthus-Endosperm
Mitose
nicht im Skript
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 30
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
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 31
Vergrösserung der Vakuole als Wachsumsmotor
Vergrösserung der Vakuole als Wachstumsmotor
Wasser als "Baustoff"
Pflanzen bestehen oft zu >95% aus Wasser!
Skript, p. 20
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 32
Vergrösserung der Vakuole als Wachsumsmotor
Vakuole
Vakuolensaft
Tonoplast
Cytoplasma
Plasmalemma
Zellwand
Skript, p. 20
osmotische Wasseraufnahme
turgorgetriebenesWachstum
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 33
Bildung der neuen Zellwand
Bildung einer neuen Zellwand
Phragmoplast
Skript, p. 20
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 34
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
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 35
Cellulose-Synthese am Plasmalemma
Cellulose-Synthese am Plasmalemma
Rosettenförmige Cellulosesynthase-Komplexe in regelmässiger Anordnung
Skript, p. 21
0.1 m 0.1 m
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 36
Lignin: Bausteine
Lignin: Bausteine
Skript, p. 21
Phenylpropan-Derivate
Phenol
Propanol
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 37
Lignin: Struktur
Lignin: Struktur
Dreidimensionales Polymer:"Beton"
Cellulose + Lignin ="Stahlbeton"
Skript, p. 22
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 38
Wasserpotential
Das Wasserpotential
W = M + + P
Skript, p. 22
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 39
Wasserpotential
Das Wasserpotential
W = M + + P = s + P
W = - + Posmotischer Druck Turgor-Druck
Skript, p. 22
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 40
Die Pfeffersche Zelle, ein Osmometer
Pfeffersche Zelle
Skript, p. 22
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 41
Wilhelm Pfeffer, der erste Pflanzenphysiologe
Wilhelm Pfeffer
Mägdefrau 1992; nicht im Skript
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 42
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.
Mägdefrau 1992; nicht im Skript
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 43
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
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 44
Vergrösserung der Vakuole als Wachsumsmotor
Vakuole
Vakuolensaft
Tonoplast
Cytoplasma
Plasmalemma
Zellwand
Skript, p. 20
osmotische Wasseraufnahme
turgorgetriebenesWachstum
Aufnahme von Ionen (K+, NO3
- etc.)
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 45
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
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 46
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)
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 47
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
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 48
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?
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 49
Expression von mRNA in Xenopus-Oocyten
Expression von mRNA in Xenopus-Oocyten (1)
Skript, p. 24
Lebenszyklus von Xenopus
Pflanzenphysiologie 02 (8. März 2010) - 50
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"